JPS607165B2 - カロリ−補正方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は超臨界圧ボィラの自動プラント制御装置（ＡＰ
Ｃ）における燃料変更時のカロリー補正方法および装置
に関するものである。

超臨界圧ボィラはドラムを持たないので、ドラム形ボィ
ラに比べてプロセスの応答が遠い。

そこで超臨界圧ボィラを用いた火力発電プラントを制御
する場合はタービン制御装置とボィラ制御装置（ＡＢＣ
）を結合した自動プラント制御装置（ＡＰＣ）が用いら
れる。ＡＰＣの概念的構成は第１図のようになっており
、発電機出力指令が種々の補正を受けながら全ての制御
ループのマスター信号となる。ドラム形ボィラのＡＢＣ
では給水制御ループは蒸気圧力や蒸気温度との干渉がほ
とんどないので、独立なループとして扱うことができる
が「超臨界圧ボィラでは給水量と蒸気圧力、蒸気温度と
の干渉が強く、給水制御ループと燃料制御ループとは切
離すことができない。給水制御ループと燃料制御ループ
の連繋は水燃比を補正する水燃比コントローラを通じて
行われ、ププロセスが整定したとき給水流量と燃料流量
の比すなわち水燃比は常に一定となる。そしてこのとき
の水燃比が１となるようにプラントは設計される。燃料
として石炭が用いられる場合、燃料流量信号は給炭量に
石炭のカロリー値を乗じた値が用いられる。

プラントの運転中に石炭の品質が変わるとそのカロリー
値が頭初の設定値と違ってくるので、その誤差分を吸収
しようとして水燃比コントローラの動作点が偏り、この
ためＡＰＣの良好な制御性を維持する上で問題が生じる
。水燃比コントローラの動作点を漏らせないためには、
石炭の品質の変化に伴ってカロリー値を補正すればよい
が、カロリー値を急に切換えると燃料制御ループの出力
が急変してプロセスに外乱を与えるし、外乱を与えない
程度にゆっくりとカロリー値を変更するには長時間を要
する。本発明の目的は、プロセスに外乱を与えることな
く速やかにカロリー値を補正する方法および装置を提供
することにある。本発明は、カロリー値補正時に水燃比
コントローラの出力を水燃比１に相当する値に切換え、
それに合わせてカロリー値と酸素量コントローラの出力
を変更するようにしたものである。

以下図面によって本発明を説明する。

第２図は本発明の方法を適用した装置の概念的構成図で
ある。第２図において、Ｍ，は水燃比コントローラしＭ
２は酸素量コントローラ、Ｍ３は燃料流量コ′ントロー
ラ、Ｍ４は空気流量コントローラである。これらコント
ローラは比例・積分機能、手動ノ目動切予製機能、およ
び出力追従（トラッキング）機能を持っている。地はカ
ロリー設定器で例えばアナログ。メモリ（積分器）から
なり、増減指令信号に応じてその内容が変えられるもの
であり、かつ出力追従機能を持つ。Ｍ６〜Ｍ８は掛算器
である。水燃比コントローラＭ，は蒸気温度検出信号と
設定値の差に基づいて水燃比補正信号ｋ，を出力する。

水燃比補正信号ｋ，は掛算器Ｍ６において前段から与え
られたマスター信号Ｚに掛算される。マスター信号Ｚは
前段の給水流量制御ループに与えられるマスター信号す
なわち給水指令と同一のものである。鞠算器鳩の出力信
号ｋ，Ｚは燃料指令信号ＦＦＤとして燃料流量コントロ
ーラＭ３に与えられる。燃料流量コントローラＭ３には
掛算器Ｍ７から給炭量ｘとカロリー設定値ｋ２の頭ｋ２
×が燃料流量信号ＦＦとして与えられる。燃料流量コン
トローラＭ３はこれら両信号の差に基づいて燃料流量操
作信号を出力する。燃料指令信号ＦＦＤと燃料流量信号
ＦＦはカロリー設定器Ｍ５に修正信号として与えられる
。カロリー設定器地はトラッキング機能が起動されたと
き、燃料流量信号ＦＦを燃料指令信号ＦＦＤに一致させ
る動作を行う。酸素量コントローラＭ２は燃料ガス中の
酸素量を検出した信号と設定値との差に基づいて酸素量
補正信号ｋ３を出力する。雛算器Ｍ８は燃料指令信号Ｆ
ＦＤに酸素量補正信号ｋ３を掛けて空気指令信号ＡＦＤ
（＝ｋ，ｋ３Ｚ）を求め、これを空気流量コントローラ
Ｍ４にマスター信号として与える。空気流量コントロー
ラＭ４には空気流量検出信号ｙが空気流量信号ＡＦとし
て与えられる。空気流量コントローラＭ４はこれら両信
号の差に基づいて空気流量操作信号を出力する。空気指
令信号ＡＦＤと空気信号ＡＦはまた酸素量コントローラ
Ｍ２に修正信号として与えられる。酸素量コントローフ
池はトラッキング機能が起動されたとき、空気指令信号
ＡＦＤを空気信号ＡＦに一致させるように動作する。こ
のように構成された装置の動作は次のとおりである。

通常は各コントローラは自動状態で比例積分動作を行っ
ており、マスター信号に従った燃料流量制御および空気
流量制御を行う。カロリー設定器舷に設定されたとおり
のカロリーを持つ石炭がボィラに供給され、その状態で
プロセスが整定しているとすると、水燃比は１となりそ
れに対応して水燃比コントローラＭ，の出力信号は定格
出力の５０％となる。石炭の品質が変わりそのカロリー
が設定値ｋ２と違ってくると、水に加えられるエネルギ
ーが変わって蒸気温度が変わるので、水燃比コントロー
フＭ，の出力信号が変わり、それによって燃料流量コン
トローラＭ３の出力信号が変わって給炭量を変化させ、
カロリー変化によるエネルギー変化を打消す。

この操作によりプロセスが再び整定すると、水燃比コン
トローラＭ，の出力信号は石炭のカロリーが変化した分
だけ先の整定状態（５０％）から変化している。水燃比
コントローラＭ，の出力信号はカロリーが増加したとき
５０％より小、カロリーが減少したとき５０％より大と
なる。また酸素量コントローラＭ２および空気流量コン
トローラＭ４の出力信号も新たな値になっている。この
とき燃料流量コントローラＭ３の入力側および空気流量
コントローラＭ４の入力側においてそれぞれ次式の関係
が成立している。ｋ，Ｚ＝ｋ２×
〔１’ｋ，ｋ〆＝ｙ ′
｛２’この状態でカロリー設定器Ｍ５の設定値ｋ
２の変更を行う。

カロリー設定値ｋ２の変更は次のような原理に基づいて
行われる。すなわち、カロリー設定値ｋ２が石炭の実際
のカロリー値に一致しているなら、水燃比コントローラ
Ｍ，の出力信号は、水燃比１に相当する５０％になって
いるべきである。したがって逆に水燃比コントローラＭ
，の出力信号を強制的に５０％にして、それに合わせて
カロリー設定値ｋ２を変更すれば、結果的にカロリー設
定値ｋ２は実際のカロリー値に一致する。そこで、水燃
比コントローラＭ．の出力信号を５０％にするためにｋ
．からｋ，′（５０％）に変えたとき、カロリー設定値
秋２をｋ２・ｋ，′′ｋ，に変え、かつ酸素量コントロ
ーラＭ２の出力信号をｋ３からｋ３・ｋ，／ｋ，′に変
更する。

そうすると、ＦＦＤ＝ｋ，′Ｚ
‘３ーＦＦ＝ｋ２号Ｘ【４）側＝ｋ・′ｋ３号柵 となる。

燃料流量コントローラＭ３はＦＦＤとＦＦの差に基づい
て動作し、空気流量コントローラＭ４はＡＦＤとＡＦの
差に基づいて動作するが、これらの差はｋ．′ｚ−ｋ２
苦×＝羊（ｋ・ｚ−ｋ２Ｘ）＝ｏ‘６｝ｋ．’ｋ３母Ｚ
−ｙ＝ｋ・ｋ３Ｚ−ｙ＝０｛７１となる。

すなわち両コントｏ−ラの偏差入力信号はいずれも零で
ある。したがって両コントローフの出力信号は変化せず
プロセスには外乱が与えられない。すなわちカロリー補
正を速やかに行ってもプロセスに外乱を与えない。そし
て水燃比コントローラＭ，の動作点は元に引戻され良好
な制御性が維持される。カロリー設定値ｋ２および酸素
量コントローフ地の出力信号の補正は、トラッキング機
能を利用すれば容易に行うことができる。

すなわちカロリー設定器Ｍ５はトラツキング・モードに
すると、燃料流量信号ＦＦが燃料指令信号ＦＦＤに一致
するように出力信号ｋ２が変えられるので、一致したと
きの出力信号をｋ２′とすると、ｋ，′Ｚ＝ｋ２′ｘ
■となるが、ｍ式よりＺ
＝器Ｘｔ９１ ｋ２′＝ｋ２特（１ｏ） 同様に酸素量コントローラＭ２においてはトラツキング
が完了したときの出力信号をｋ３′とすると、ｋ，ｋ３
′Ｚ＝ｙ （１１）となるが、■式
の関係を代入すればｋ３′＝ｋ３農（１２） となる。

このような補正は次のような手段により自動化すること
ができる。

第３図にカロリー補正を自動的に行うためのシ−ケンス
制御回路の一例を示す。第３図においてＲｏはオア回路
、Ｒ，はアンド回路、Ｔはオフデイレイ・タイマである
。カロリー補正指令は水燃比すなわち水燃比コントロー
フＭ，の出力信号が所定の上下限を越えたことあるいは
オペレータの押ボタン操作等によってアンド回路Ｒ，に
与えられる。アンド回路Ｒ，はカロリー補正許可条件が
成立しているとき、すなわちプロセスが整定状態にある
ときに開かれ、カロリー補正指令をオフデイレィ・タイ
マＴを通じてトラツキング指令Ａ，Ｂ，Ｃおよび手動切
換指令○，Ｅとして出力する。トラッキング指令Ａ，Ｂ
およびＣはそれぞれ水燃比コントローラＭ，、カロリー
設定器Ｍ５および酸素量コント。

ーラＭ２に与えられ、それらをトラッキング・モードに
する。これによって水燃比コントローラＭ，は出力設定
値に追従して出力を５０％とし、カロリー設定器Ｍ５は
燃料流量信号ＦＦが燃料指令信号ＦＦＤに一致するよう
に出力信号ｋ２を変化させ、酸素量コントローラＭ２は
空気指令信号ＡＦＤが空気流量信号ＡＦに一致するよう
に出力信号ｋ３を変化させる。手動切換指令ＤおよびＥ
はそれぞれ燃料流量コントローラＭ３および空気流量コ
ントローラＭ４に与えられ、それらを手動制御モードも
こする。

このときの手動制御モード‘こおいてはオペレー外ま出
力調節操作を行わないので、両コントローラの出力信号
は不変に保たれる。これによって両コントローラはトラ
ツキングの途中で生じる入力信号の偏差には応動しない
ようになる。オフデイレイ・タイマＴの働きにより一定
時間後にトラッキング指令Ａ，Ｂ，Ｃおよび手動切換指
令Ｄ，Ｅが消滅し、各コントローラを自動制御状態に復
帰させる。

オフディレィ・タイマＴの時限値はトラツキング完了す
るのに充分なように定められるが、トラッキング速度が
速い場合は省略してよい。このように第２図の装置に第
３図の装置を組合わせると、カロリー補正がプロセスに
外乱を与えることなく自動的に速やかに行える。

なお掛算器舵〜Ｍ８は加算器に層換えてもよい。またシ
ーケンス制御はプログラムによるなど様々な実現手段が
ある。またトラッキング中に燃料流量コントローラＭ３
と空気流量コントローラＭ４の出力信号を不変に保持す
るのに手動制御モードを利用したが、出力保持機能があ
るならそれを利用してもよい。このように本発明によれ
ば、カロリー補正をプロセスに外乱を与えることなく速
やかに行える方法および装置が得られる。

本発明の方法および装置を用い机ま石炭焚き超臨界圧ボ
ィラを用いた火力発電プラントを効果的に制御できる。
なお、本発明は石炭焚きに限らずガスあるいは重油等の
泥燐によりカロリーの変動するものに対して適用できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は超臨界圧ボィラを用いた火力発電制御装置の概
念的構成図、第２図は本発明の実施例の概念的構成図、
第３図は第２図の装置に組合されるシーケンス制御回路
の構成図である。 Ｍ．・・・…水燃比コントローラ、Ｍ２・…・・酸素量
コントローラ、Ｍ３・・・・・・燃料流量コントローラ
、Ｍ４・・・・・・空気流量コントローラ、Ｍ５・・・
・・・カロリー設定器、舵〜Ｍ８・・・・・・鶏算器。 弟’図弟ｚ菌 弟Ｊ図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 給水流量制御ループのマスター信号を水燃比コント
   ローラの出力によって水燃比補正した燃料指令信号とカ
   ロリー設定値の項を含む燃料流量信号とが与えられ両信
   号の差に基づいて燃料流量制御を行う燃料流量コントロ
   ーラと、燃料指令信号を酸素量コントローラの出力によ
   って酸素量補正した空気指令信号と空気流量信号とが与
   えられ両信号の差に基づいて空気流量制御を行う空気流
   量コントローラとを有する超臨界圧ボイラの自動プラン
   ト制御装置において、水燃比コントローラの出力信号を
   補正したとき燃料流量コントローラの入力信号の差およ
   び空気流量コントローラの入力信号の差が零になるよう
   にカロリー設定値および酸素量コントローラの出力信号
   を補正するカロリー補正方法。 ２ 給水流量制御ループのマスター信号を水燃比コント
   ローラの出力によって水燃比補正した燃料指令信号とカ
   ロリー設定値の項を含む燃料流量信号とが与えられ両信
   号の差に基づいて燃料流量制御を行う燃料流量コントロ
   ーラと、燃料指令信号を酸素量コントローラの出力によ
   って酸素量補正した空気指令信号と空気流量信号とが与
   えられ両信号の差に基づいて空気流量を制御する空気流
   量コントローラとを有する超臨界圧ボイラの自動プラン
   ト制御装置において、カロリー設定器および酸素量コン
   トローラとしてトラツキング機能を持つものをそれぞれ
   用い、水燃比コントローラの出力信号の補正時にカロリ
   ー設定器には燃料流量信号が燃料指令信号に一致するよ
   うにカロリー設定値のトラツキング動作を行わせ、酸素
   量コントローラには空気指令信号が空気流量信号に一致
   するように出力信号のトラツキング動作を行わせ、燃料
   流量コントローラおよび空気流量コントローラとして出
   力保持機能を持つコントローラをそれぞれ用い、水燃比
   コントローラの出力信号の補正時にはこれら両コントロ
   ーラを出力保持状態にするようにしたカロリー補正装置
   。 ３ 給水流量制御ループのマスター信号を水燃比コント
   ローラの出力によって水燃比補正した燃料指令信号とカ
   ロリー設定値の項を含む燃料流量信号とが与えられ両信
   号の差に基づいて燃料流量制御を行う燃料流量コントロ
   ーラと、燃料指令信号を酸素量コントローラの出力によ
   って酸素量補正した空気指令信号と空気流量信号が与え
   られ両信号の差に基づいて空気流量を制御する空気流量
   コントローラとを有する超臨界圧ボイラの自動プラント
   制御装置において、水燃比コントローラ、カロリー設定
   器および酸素量コントローラとしてトラツキング機能を
   持つものをそれぞれ用い、燃料流量コントローラおよび
   空気流量コントローラとして出力保持機能を持つコント
   ローラをそれぞれ用い、かつシーケンス制御装置を用い
   、このシーケンス制御装置により、カロリー補正時に、
   水燃比コントローラ、カロリー設定器および酸素量コン
   トローラにトラツキング指令を与えて水燃比コントロー
   ラには出力信号が出力設定値に一致するようにトラツキ
   ング動作を行わせ、カロリー設定器には燃料流量信号が
   燃料指令信号に一致するようにトラツキング動作を行わ
   せ酸素量コントローラには空気指令信号が空気流量信号
   に一致するように出力信号のトラツキング動作を行わせ
   、燃料流量コントローラおよび空気流量コントローラに
   出力保持指令を与え、この状態をトラツキングが完了す
   るまで維持するようにしたカロリー補正装置。