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JPH0549883B2 - - Google Patents
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JPH0549883B2 - - Google Patents

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JPH0549883B2
JPH0549883B2 JP58116201A JP11620183A JPH0549883B2 JP H0549883 B2 JPH0549883 B2 JP H0549883B2 JP 58116201 A JP58116201 A JP 58116201A JP 11620183 A JP11620183 A JP 11620183A JP H0549883 B2 JPH0549883 B2 JP H0549883B2
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Japan
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stress
value
boiler
change rate
load
Prior art date
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JP58116201A
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Atsushi Kuramoto
Yukio Myama
Shigeyoshi Kawano
Kunio Hodozuka
Shuji Mori
Akira Sasabuchi
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  • Control Of Steam Boilers And Waste-Gas Boilers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はボイラ負荷制御装置に係り、特にボイ
ラ各部の発生応力を監視しつつ負荷追従性を最適
に行なうボイラ負荷制御装置に関するものであ
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a boiler load control device, and more particularly to a boiler load control device that optimizes load followability while monitoring the stress generated in each part of the boiler.

火力発電プラントは電力需要の要請によつて中
間負荷で運転されることが多く、この中間負荷運
転に伴なつて短時間内に、起動、停止あるいは急
速負荷変化が要求される状況にある。
Thermal power plants are often operated at intermediate loads depending on power demand, and as a result of this intermediate load operation, startup, shutdown, or rapid load changes are required within a short period of time.

この要求に対処するために中間負荷運転を行な
うと、タービンプラントではタービンロータ部、
ボイラプラントでは過熱器などの耐圧部の厚肉管
に発生する応力およびこれに伴う寿命消費が問題
となる。
When intermediate load operation is performed to meet this demand, in a turbine plant, the turbine rotor section,
In boiler plants, stress generated in thick-walled pipes in pressure-resistant parts such as superheaters and the resulting shortened lifespan are a problem.

従来、タービンプラントにおいては、タービン
寿命を保証しつつより早い起動、停止、急速負荷
変化を行なうことを目的に、ロータ部の熱応力を
予測したタービン制御システムが開発されてい
る。
BACKGROUND ART Conventionally, in turbine plants, turbine control systems have been developed that predict thermal stress in a rotor section with the aim of ensuring earlier turbine startup, shutdown, and rapid load changes while ensuring the longevity of the turbine.

タービンのロータ部では計画時に予想される運
用パターンから寿命消費を求め、これに基づいて
運用モード毎の応力制限値を定めている。そして
実際の運用では、タービンが負荷制御モードにあ
るか、速度制御モードにあるかに分けて、任意時
間先の蒸気状態を予測して発生応力を算出し、こ
れと予め計画した応力制限値を比較しつつ、応力
制限値を越えない範囲で最大の負荷変化率、最大
の昇速率を探索する。このようにして求めた負荷
変化率をALR(Automatic Load Regulator)設
定値とし、昇速率をASR(Automatic Speed
Regulator)設定値とする制御システムが用いら
れていた。
The life consumption of the turbine rotor is calculated from the expected operating pattern at the time of planning, and stress limit values for each operating mode are determined based on this. In actual operation, the generated stress is calculated by predicting the steam state at an arbitrary time point, depending on whether the turbine is in load control mode or speed control mode, and this is combined with a pre-planned stress limit value. While comparing, search for the maximum load change rate and maximum speed increase rate within a range that does not exceed the stress limit value. The load change rate obtained in this way is the ALR (Automatic Load Regulator) setting value, and the speed increase rate is the ASR (Automatic Speed Regulator) setting value.
A control system with a set value (Regulator) was used.

このように従来のタービンプラントで用いられ
ていた制御システムは以下に述べるような欠点が
あつた。
As described above, the control systems used in conventional turbine plants have the following drawbacks.

タービンプラントの応力制限値は、計画運用回
数と予想運用パターンから求める寿命消費によつ
て決められるために、実際の運用パターンが計画
時のものと異なつた場合には、応力制限値が厳し
いものであつたり、あるいは緩やかなものであつ
たりすることである。
The stress limit value of a turbine plant is determined by the life consumption calculated from the planned number of operations and the expected operation pattern, so if the actual operation pattern differs from the planned one, the stress limit value may become stricter. It can be either hot or mild.

また実際の運転においては、現時点までの総寿
命消費を積算していないために、それまでの運転
実績をそれ以後の運転に反映できない。
Furthermore, in actual operation, since the total life consumption up to the present time is not integrated, the operation results up to that point cannot be reflected in subsequent operations.

そして、タービンロータ部の発生応力予測に
は、ロータが回転体であることからメタル温度を
直接計測できないため、蒸気状態をもとに蒸気か
らメタルへの熱伝達率を推定して温度分布計算を
行ない発生応力を予測していた。そのために発生
応力の精度向上には自ずと限度がある。
In order to predict the stress generated in the turbine rotor, since the rotor is a rotating body, the metal temperature cannot be directly measured, so the temperature distribution is calculated by estimating the heat transfer coefficient from the steam to the metal based on the steam state. The generated stress was predicted. Therefore, there is a natural limit to the improvement in accuracy of generated stress.

しかしながら、ボイラプラントにおいては、過
熱器などのボイラ厚肉管は高温高圧の内圧機器で
あるために、メタル内外面の温度計測が直接行な
うことができるために発生応力を計算することが
できるので、発生応力の推定精度が一段と向上で
きる。
However, in boiler plants, boiler thick-walled tubes such as superheaters are high-temperature, high-pressure internal pressure equipment, so the temperature of the inner and outer surfaces of the metal can be directly measured, and the generated stress can be calculated. The accuracy of estimating generated stress can be further improved.

さらに、タービンのロータ部の寿命消費におい
ては、このロータ部に発生する繰返し熱応力によ
る疲労損傷が支配的であるために、熱応力の監視
と制御が主題となつているが、ボイラプラントで
は、高温高圧の内圧機器であるために、繰返し熱
応力による疲労に加え、クリープ寿命消費の占め
る割合が大きい。このために各種のボイラ材に関
するクリープ損傷データの蓄積と、オンラインで
のクリープ損傷の評価技術の確立がボイラのオン
ライン寿命管理システムを完成するためには不可
決である。
Furthermore, in the life consumption of the rotor of a turbine, fatigue damage due to repeated thermal stress occurring in this rotor is dominant, so monitoring and control of thermal stress has become a subject, but in boiler plants, Because it is a high-temperature, high-pressure internal pressure device, in addition to fatigue due to repeated thermal stress, a large proportion of its life is consumed by creep. For this reason, it is essential to accumulate creep damage data on various boiler materials and establish online creep damage evaluation technology in order to complete an online boiler life management system.

また、火力プラント全体の寿命消費の適正化を
行なうためには、ボイラ、タービンの両プラント
のそれぞれで発生応力、寿命消費の管理を行なう
と同時に、その間の協調制御が必要であるが、従
来はその協調制御は行なわれていなかつた。
In addition, in order to optimize the lifetime consumption of the entire thermal power plant, it is necessary to manage the stress generated and lifetime consumption in both the boiler and turbine plants, and at the same time, coordinate control between them. There was no coordinated control.

すなわち、タービンの熱応力管理システムにお
いては、運転中に熱応力が過大になると、タービ
ンの負荷変化率を減少させるが、負荷変化率を零
(負荷保持)にしてもタービンの熱応力が十分減
少しないことが、特にプラント起動時に起る。こ
のような場合には、ボイラの昇温率(燃料変化
率)を低減させることが必要であり、ボイラ、タ
ービンの協調制御が必要である。
In other words, in the turbine thermal stress management system, when thermal stress becomes excessive during operation, the turbine's load change rate is reduced, but even if the load change rate is zero (load maintenance), the turbine's thermal stress is sufficiently reduced. This happens especially during plant start-up. In such a case, it is necessary to reduce the temperature increase rate (fuel change rate) of the boiler, and cooperative control of the boiler and turbine is required.

本発明はかかる従来の欠点を解消しようとする
もので、その目的とするところは、応力制限設定
値を基に負荷制御ができるボイラ負荷制御装置を
得ようとするものである。
The present invention attempts to eliminate such conventional drawbacks, and its purpose is to provide a boiler load control device that can perform load control based on stress limit setting values.

本発明は前述の目的を達成するため、 ボイラ耐圧部からの計測値によつて現在応力値
を予測する現在応力値算出手段と、 予め計画した応力制限設定値を出力する応力制
限値設定手段と、 前記現在応力値と応力制限設定値を比較する比
較手段とを設け、 前記現在応力値と応力制限設定値を前記比較手
段によつて比較して、その応力制限設定値を越え
ない範囲で負荷変化率を得るように制御するよう
にしたものである。
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention includes a current stress value calculation means for predicting a current stress value based on a measured value from a boiler pressure-resistant part, and a stress limit value setting means for outputting a stress limit setting value planned in advance. , a comparison means for comparing the current stress value and the stress limit setting value, and comparing the current stress value and the stress limit setting value by the comparison means, and reducing the load within a range that does not exceed the stress limit setting value. The control is performed to obtain the rate of change.

以下本発明の実施例を図面を用いて説明する。
第1図は本発明のボイラ負荷制御装置の概略系統
図、第2図は横軸に時間、縦軸に負荷変化率を示
す特性図、第3図は横軸に時間、縦軸に応力予測
値を示した特性図で、第2図は負荷変化率の変化
による応力予測値の変化を第3図に示す。第4図
は応力監視個所であるボイラ厚肉管の縦断面図、
第5図は第4図の−線断面における温度分布
算出のための円筒モデルの拡大図、第6図はメタ
ルの板厚方向における温度分布曲線図、第7図は
横軸に許容繰返し回数を示し、縦軸に応力片振幅
を示した設計疲労線図、第8図は横軸に時間、縦
軸に主応力差を示した主応力差発生の模式図、第
9図は横軸に時間、縦軸に応力を示したボイラ運
用時の発生応力模式図、第10図は横軸に時間、
縦軸に緩和応力値を示した応力緩和線図、第11
図は横軸に破断時間、縦軸に緩和応力値を示した
クリープ破断線図、第12図は横軸に応力制限
値、縦軸に寿命消費を示した特性図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
Fig. 1 is a schematic system diagram of the boiler load control device of the present invention, Fig. 2 is a characteristic diagram showing time on the horizontal axis and load change rate on the vertical axis, and Fig. 3 is a characteristic diagram showing time on the horizontal axis and stress prediction on the vertical axis. FIG. 2 is a characteristic diagram showing values, and FIG. 3 shows changes in predicted stress values due to changes in load change rate. Figure 4 is a vertical cross-sectional view of the boiler thick-walled tube where stress is monitored.
Figure 5 is an enlarged view of the cylindrical model for calculating the temperature distribution in the - line cross section of Figure 4, Figure 6 is a temperature distribution curve diagram in the metal plate thickness direction, and Figure 7 shows the allowable number of repetitions on the horizontal axis. Figure 8 is a schematic diagram of principal stress difference generation with time on the horizontal axis and principal stress difference on the vertical axis, and Figure 9 is a design fatigue diagram with stress strip amplitude on the vertical axis. , a schematic diagram of stress generated during boiler operation with stress on the vertical axis, and time in Figure 10 on the horizontal axis,
Stress relaxation diagram showing relaxation stress values on the vertical axis, No. 11
The figure is a creep rupture diagram in which the horizontal axis shows the rupture time and the vertical axis shows the relaxation stress value, and FIG. 12 is a characteristic diagram in which the horizontal axis shows the stress limit value and the vertical axis shows the life consumption.

以下、第1図を用いてボイラ負荷制御装置の概
略について説明する。
Hereinafter, the outline of the boiler load control device will be explained using FIG. 1.

ボイラの熱応力監視点の代表例として過熱器の
高温高圧蒸気管寄せ(ヘツダ)1のノズルコーナ
部2を例に説明するが、ボイラ全体ではこのよう
な熱応力監視点を複数個所設けてもよい。
As a typical example of a boiler thermal stress monitoring point, the nozzle corner part 2 of the high-temperature, high-pressure steam header (header) 1 of a superheater will be explained as an example, but such thermal stress monitoring points may be provided at multiple locations in the entire boiler. .

ボイラの監視箇所の熱応力を求めるため、まず
ヘツダ1の内面、外面のメタル温度計測値3,4
をメタル内面温度検出器5によりメタル内面温度
6を、メタル外面温度検出器7によりメタル外面
温度8をそれぞれ検出し、この両信号6,8を温
度分布算出器9に加え、この両信号6,8をもと
にメタル厚み方向温度分布算出値10を算出す
る。
In order to determine the thermal stress at the monitoring points of the boiler, first, measure the metal temperature values 3 and 4 on the inner and outer surfaces of header 1.
The metal inner surface temperature 6 is detected by the metal inner surface temperature detector 5, and the metal outer surface temperature 8 is detected by the metal outer surface temperature detector 7, and these two signals 6, 8 are added to the temperature distribution calculator 9, and these two signals 6, 8, a metal thickness direction temperature distribution calculation value 10 is calculated.

一方、ヘツダ1内より圧力計測値11を圧力検
出器12で検出し、この圧力計測値11を圧力検
出器12より検出した蒸気圧力信号13を現在応
力値算出器14に加える。
On the other hand, a pressure measurement value 11 is detected from inside the header 1 by a pressure detector 12, and a steam pressure signal 13 obtained by detecting this pressure measurement value 11 by the pressure detector 12 is applied to a current stress value calculator 14.

この現在応力値算出器14ではメタル厚み方向
温度分布算出値10をもとに求めた熱応力と、圧
力検出器12により検出した蒸気圧力信号13を
もとに求めた内圧力を加えた現在応力値15を算
出する。
This current stress value calculator 14 calculates the current stress by adding the thermal stress calculated based on the metal thickness direction temperature distribution calculation value 10 and the internal pressure calculated based on the steam pressure signal 13 detected by the pressure detector 12. Calculate the value 15.

寿命消費算出器16では現在応力値15をもと
に疲労およびクリープによる寿命消費算出値17
を算出し、応力制限値設定器18では監視箇所
毎、運転モード毎に計画毎に決めた寿命配分から
実際の運用での寿命消費算出値17を差し引き、
残余寿命を算出し、さらに残余寿命および残余運
転回数から今後の運用モード1回あたりの許容寿
命消費を定め、この寿命消費をもたらすと予測さ
れる発生応力をヘツダ1の応力制限設定値19と
して設定する。
The life consumption calculator 16 calculates a life consumption value 17 due to fatigue and creep based on the current stress value 15.
The stress limit value setter 18 subtracts the life consumption calculation value 17 in actual operation from the life distribution determined for each plan for each monitoring point and operation mode.
Calculate the remaining life, determine the allowable life consumption per operation mode in the future from the remaining life and the number of remaining operations, and set the stress that is predicted to cause this life consumption as the stress limit setting value 19 of header 1. do.

この応力制限値設定器18での応力制限設定値
19は起動、停止の任意回数毎に更新できる仕組
になつている。
The stress limit set value 19 in this stress limit value setter 18 can be updated every arbitrary number of times of starting and stopping.

次に現在応力値15と応力制限設定値19を比
較器20で比較し、この結果現在応力値15が応
力制限設置値19を越えるときには、負荷ホール
ド信号発生器21より負荷ホールド信号22を発
生し、ボイラ負荷制御器23に送る。
Next, the current stress value 15 and the stress limit set value 19 are compared by the comparator 20, and if the current stress value 15 exceeds the stress limit set value 19 as a result, the load hold signal 22 is generated from the load hold signal generator 21. , and sent to the boiler load controller 23.

一方、現在応力値15が応力制限設定値19以
下の場合には、ボイラの最適な負荷変化率(燃料
変化率、圧力変化率)を決定するために予め設定
された複数の負荷変化率の中から負荷変化率設定
器24によつてその最大のものを負荷変化率設置
値25として設定する。
On the other hand, if the current stress value 15 is less than or equal to the stress limit set value 19, one of multiple load change rates set in advance to determine the optimum load change rate (fuel change rate, pressure change rate) for the boiler. The maximum value is set as the load change rate setting value 25 by the load change rate setter 24 from the load change rate set value 25.

つぎに、応力予測値算出器26では第2図に示
すように負荷変化率設定値25で運転した場合の
Δτ1分後の発生応力予測値27を算出する。な
お、Δτ1は目標予測時間設定器28の目標予測時
間29として与えられる。
Next, the stress predicted value calculator 26 calculates the generated stress predicted value 27 after Δτ 1 minute when the engine is operated at the load change rate setting value 25, as shown in FIG. Note that Δτ 1 is given as the target predicted time 29 of the target predicted time setter 28.

発生応力予測値27と応力制限値19を比較器
30で比較し、発生応力予測値27が応力制限値
19以下であれば設定した負荷変化率設定値25
が発生応力からみた最終負荷変化率31として決
定される。しかし発生応力予測値27を算出して
いく段階で発生応力予測値27が応力制限値19
を越えるならば負荷変化率設定器24で一段階下
げた負荷変化率設定値25を選定し、再度発生応
力予測値27を算出して、前述と同様に、負荷変
化率設定器24、負荷変化率設定値25、応力予
測値算出器26、発生応力予測値27、比較器3
0のステツプを繰返す。
The predicted generated stress value 27 and the stress limit value 19 are compared with the comparator 30, and if the predicted generated stress value 27 is less than the stress limit value 19, the set load change rate setting value 25 is determined.
is determined as the final load change rate 31 in terms of the generated stress. However, at the stage of calculating the predicted stress value 27, the predicted stress value 27 becomes the stress limit value 19.
If it exceeds the load change rate set value 25, use the load change rate setter 24 to select the load change rate set value 25 that is lowered by one step, calculate the generated stress prediction value 27 again, and use the load change rate setter 24 to set the load change rate as described above. rate setting value 25, stress prediction value calculator 26, generated stress prediction value 27, comparator 3
Repeat step 0.

このように決められた最終負荷変化率31とタ
ービン熱応力監視装置32のタービン負荷変化率
制限設定値33とを比較器34で比較し、両者の
うち小さい方の値を最終負荷変化率35として最
適負荷変化率設定器36に設定し、その最適負荷
変化率設定値37をボイラ負荷制御器23へ送
る。
The final load change rate 31 determined in this way is compared with the turbine load change rate limit set value 33 of the turbine thermal stress monitoring device 32 by the comparator 34, and the smaller value of the two is set as the final load change rate 35. The optimum load change rate set value 37 is set in the optimum load change rate setting device 36 and sent to the boiler load controller 23.

このように、第2図に示す所望の周期Δτ2(<
Δτ1)間隔で繰返されるので、常時、発生応力を
監視しながら最適負荷変化率を決定することがで
きるのである。
In this way, the desired period Δτ 2 (<
Since the process is repeated at intervals of Δτ 1 ), the optimum load change rate can be determined while constantly monitoring the generated stress.

次に、第2図および第3図を用いて、ボイラの
負荷変化率を決定する例について説明する。
Next, an example of determining the boiler load change rate will be explained using FIGS. 2 and 3.

第2図において負荷変化率Aで現時点T1まで
ボイラの運転を行つており、Δτ1後の時刻T2まで
同じ負荷変化率Bで運転したと仮定すれば応力予
測値は第3図の曲線Dとなり、時刻T2では応力
制限値19を越えることになる。
Assuming that the boiler was operated at the load change rate A up to the present time T 1 in Figure 2, and that it was operated at the same load change rate B until time T 2 after Δτ 1 , the predicted stress value would be the curve shown in Figure 3. D, and the stress limit value 19 is exceeded at time T2 .

この場合、前述した如く第1図の負荷変化率設
定器24で一段階下げた負荷変化率設定値25を
選定して比較器30までのステツプを繰り返すこ
とにより応力予測曲線が例えば第3図の曲線Eで
示すようなボイラ負荷変化率Cを決定するのであ
る。
In this case, as described above, by selecting the load change rate set value 25 which is one level lower with the load change rate setter 24 shown in FIG. The boiler load change rate C as shown by curve E is determined.

一方、最近では、タービンプラントにも熱応力
監視制御装置32が設置されるようになつてお
り、このタービン熱応力監視装置32は、本来タ
ービン各部の熱応力が許容値以内になるようにタ
ービンの負荷変化率(蒸気量変化率)を制御する
ものであるが、特にボイラの起動時(昇温過程)
では、タービン負荷上昇率を零(負荷保持)にし
ても、蒸気温度上昇率を下げなければタービン熱
応力を許容値以下にできない場合がある。このよ
うなときには第1図に示すようにタービン熱応力
監視装置32からタービン負荷変化率制限設定値
33が送られてくる。このタービン負荷変化率制
限設定値33が前述の負荷変化率C以下であれば
タービン負荷変化率設定値33が最適ボイラ負荷
変化率として決定され、ボイラとタービンの協調
のとれた負荷制御が可能となる。
On the other hand, recently, thermal stress monitoring and control equipment 32 has been installed in turbine plants, and this turbine thermal stress monitoring equipment 32 originally monitors the turbine so that the thermal stress in each part of the turbine is within the allowable value. It controls the load change rate (steam amount change rate), especially when starting the boiler (temperature rising process).
Now, even if the turbine load increase rate is set to zero (load maintenance), the turbine thermal stress may not be able to be reduced to a permissible value or less unless the steam temperature increase rate is lowered. In such a case, a turbine load change rate limit setting value 33 is sent from the turbine thermal stress monitoring device 32 as shown in FIG. If this turbine load change rate limit set value 33 is equal to or less than the load change rate C described above, the turbine load change rate set value 33 is determined as the optimum boiler load change rate, and coordinated load control between the boiler and the turbine is possible. Become.

第4図はボイラのヘツダ1の拡大断面を示し、
ヘツダ1の応力集中部であるノズルコーナ部2に
注目し、発生応力および寿命消費を監視する。
Figure 4 shows an enlarged cross section of header 1 of the boiler.
Focusing on the nozzle corner part 2, which is the stress concentration part of the header 1, the generated stress and life consumption are monitored.

このノズルコーナ部2の発生応力は、ヘツダ1
の円筒部の発生応力に、応力集中係数を乗じて求
めることができる。
This stress generated in the nozzle corner part 2 is
It can be determined by multiplying the stress generated in the cylindrical part by the stress concentration factor.

円筒部熱応力は、円筒部の厚み方向温度分布よ
り求めるが、その温度分布は、円筒部の熱伝導方
式(1)式 1/ααT/αt=α2T/αr2+1/ααT/αr ……(1) α:メタル温度伝導度 T:メタル温度 t:時間 r:円筒中心からの距離 を、第5図に示す同心円筒にN等分に分割して接
点を等間隔にとり、差分化して解く。差分式は、
(2)式 1/αTi,j+1−Ti,j/δt=1/2{Ti+1,j+1
−2Ti,j+1+Ti-1,j+1/(δr)2 +Ti+1,j−2Ti,j+Ti-1,j/(δr)2}+1/2r{Ti+1,
j+1
−Ti-1,j+1/2δr+Ti+1,j−Ti-1,j/2δr}……(2)
i:節点パラメータ j:時間パラメータ で表わされ、(N−1)個の未知数TN,j+1(N=
1、2、……、n−1)に対し、(N−1)個の
式が得られ、境界値Tpj+1、To,j+1は、メタル内
面および外面温度の現在計測値3,4であり、そ
れぞれのメタル内面温度信号6およびメタル外面
温度信号8により与えられる。
The thermal stress of the cylindrical part is determined from the temperature distribution in the thickness direction of the cylindrical part, and the temperature distribution is determined by the heat conduction method of the cylindrical part (1) Equation 1/ααT/αt=α 2 T/αr 2 +1/ααT/αr... ...(1) α: Metal temperature conductivity T: Metal temperature t: Time r: Divide the distance from the cylinder center into N equal parts into concentric cylinders as shown in Figure 5, take contact points at equal intervals, and differentiate. solve. The difference formula is
(2) Formula 1/αT i,j+1 −T i,j /δt=1/2 {T i+1,j+1
−2T i,j+1 +T i-1,j+1 /(δr) 2 +T i+1,j −2T i,j +T i-1,j /(δr) 2 }+1/2r{T i+ 1,
j+1
−T i-1,j+1 /2δr+T i+1,j −T i-1,j /2δr}……(2)
i: Nodal parameter j: Time parameter expressed as (N-1) unknowns T N,j+1 (N=
1, 2, ..., n-1), (N-1) equations are obtained, and the boundary values T p , j+1 , T o,j+1 are the current internal and external temperatures of the metal. The measured values 3 and 4 are given by the metal inner surface temperature signal 6 and the metal outer surface temperature signal 8, respectively.

従つてメタル内部の厚み方向温度分布算出値1
0すなわちTN,j+1(N=1〜n−1)を(2)式によ
り求めることができる。
Therefore, the calculated value of the temperature distribution in the thickness direction inside the metal is 1
0, that is, T N,j+1 (N=1 to n-1) can be obtained from equation (2).

その温度分布算出値10の一例を第6図に示
す。ここで、3軸方向の熱応力、つまり半径方向
熱応力σrt、周方向熱応力σθt、軸方向熱応力σzt
はそれぞれ次式により求めることができる。
An example of the calculated temperature distribution value 10 is shown in FIG. Here, the thermal stress in the three axial directions, that is, the radial thermal stress σrt, the circumferential thermal stress σθt, and the axial thermal stress σzt
can be calculated using the following equations.

σrt=Eα′/1−ν{1/b2−a2(1−a2
/r2)∫b aTrdr−1/r2bTrdr……(3) σ〓t=Eα′/1−ν{1/b2−a2(1+a2
/r2)∫b aTrdr+1/r2b aTrdr−T}……(4) σzt=Eα′/1−ν{2/b2−a2b aTrdr−T}……(
5) ここで、 σrt:半径方向熱応力 E:ヤング率 σ〓t:周方向熱応力 α′:線膨張率 σzt:軸方向熱応力 ν:ポアソン比 つぎに、内圧による3方向応力は(6)(7)(8)式によ
り得られる。
σ rt =Eα′/1−ν{1/b 2 −a 2 (1−a 2
/r 2 )∫ b a Trdr−1/r 2b Trdr……(3) σ〓 t =Eα′/1−ν{1/b 2 −a 2 (1+a 2
/r 2 )∫ b a Trdr+1/r 2b a Trdr−T}……(4) σ zt =Eα′/1−ν{2/b 2 −a 2b a Trdr−T}……(
5) Here, σ rt : Radial thermal stress E: Young's modulus σ t : Circumferential thermal stress α′ : Linear expansion coefficient σ zt : Axial thermal stress ν : Poisson's ratio Next, the three-directional stress due to internal pressure is Obtained from equations (6), (7), and (8).

σrp=−p ……(6) σ〓p=P・Di/2t+p/2 ……(7) σzp=P・Di/2t+p/2 ……(8) ここで、 σrp:半径方向内圧応力、 P:内圧 σ〓p:周方向内圧応力 Di:内径 σzp:軸方向内圧応力 t:板厚 以上(3)〜(8)式は円筒一般部に発生する応力であ
り、ノズル等応力集中部に発生する応力は一般部
に発生する応力に応力集中係数を乗じて求める。
したがつて、ノズルコーナ部2に発生する現在応
力値15の3方向応力は(9)〜〓で得られる。
σ rp = −p ...(6) σ〓 p =P・D i /2t+p/2 ...(7) σ zp =P・D i /2t+p/2 ...(8) Here, σ rp : radius Directional internal pressure stress, P: Internal pressure σ〓 p : Circumferential internal pressure stress D i : Internal diameter σ zp : Axial internal pressure stress t: Plate thickness Equations (3) to (8) above are the stresses occurring in the general part of the cylinder, The stress generated in stress concentration areas such as the nozzle is determined by multiplying the stress generated in the general area by the stress concentration coefficient.
Therefore, the three-directional stress of the current stress value 15 generated in the nozzle corner portion 2 can be obtained from (9) to 〓.

σr=Krt・σrt+Krp・σrp ……(9) σ〓=K〓t・σ〓t+K〓p・σ〓p ……(10) σz=Kzt・σzt+Kzp・σzp ……〓 ここで、 Krt:半径方向熱応力集中係数 K〓t:周方向熱応力集中係数 Kzt:軸方向熱応力集中係数 Krp:半径方向内圧応力集中係数 K〓p:周方向内圧応力集中係数 Kzp:軸方向内圧応力集中係数 σr:半径方向合計応力 σ〓:周方向合計応力 σz:軸方向合計応力 つぎに寿命消費算出器16では、現在応力値1
5をもとに疲労寿命消費およびクリープ寿命消費
を求める。
σ r =K rt・σ rt +K rp・σ rp ...(9) σ〓=K〓 t・σ〓 t +K〓 p・σ〓 p ...(10) σ z =K zt・σ zt +K zp・σ zp ……〓 Where, K rt : Radial thermal stress concentration coefficient K〓 t : Circumferential thermal stress concentration coefficient K zt : Axial thermal stress concentration coefficient K rp : Radial internal pressure stress concentration coefficient K〓 p : Circumferential internal pressure stress concentration coefficient K zp : Axial internal pressure stress concentration coefficient σ r : Total radial stress σ: Total circumferential stress σ z : Total axial stress Next, the life consumption calculator 16 calculates the current stress value 1
5, determine fatigue life consumption and creep life consumption.

まず疲労寿命消費は、(9)〜〓式に基づき主応力
差を〓〜〓式より求める。
First, the fatigue life consumption is determined by calculating the principal stress difference from the equations (9) to .

S1=σθ−σz ……〓 S2=σz−σr ……〓 S3=σr−σ〓 ……〓 つぎに3つの主応力差について応力振幅を求
め、第7図に示す設計疲労線図より疲労寿命消費
を計算する。第8図は、主応力差S1の変動を示
し、応力振幅Z〓1Z〓2が求められる。S2、S3につい
ても同様にZ〓1、Z〓2……、Z〓1、Z〓2が求められる。
S 1 = σθ−σ z …〓 S 2 = σ z −σ r …〓 S 3r −σ〓 …〓 Next, the stress amplitudes for the three principal stress differences are determined and shown in Figure 7. Calculate fatigue life consumption from the design fatigue diagram. FIG. 8 shows the fluctuation of the principal stress difference S 1 and the stress amplitude Z〓 1 Z〓 2 is determined. For S 2 and S 3 , Z〓 1 , Z〓 2 . . . , Z〓 1 , Z〓 2 are found in the same way.

すなわち S1につきZ〓1、Z〓2(Z〓1>Z〓2) S2につきZ〓1、Z〓2…(Z〓1>Z〓2>…) S3につきZ〓1、Z〓2…(Z〓1>Z〓2>…) となり、応力片振幅H1、H2、……は(15)(16)式で得
る。
That is, Z〓 1 , Z〓 2 for S 1 (Z〓 1 > Z〓 2 ) Z〓 1 , Z〓 2 for S 2 … (Z〓 1 > Z〓 2 >…) Z〓 1 , Z for S 32 ... (Z〓 1 > Z〓 2 > ...), and the stress strip amplitudes H 1 , H 2 , ... are obtained from equations (15) and (16).

H1=max{Z〓1、Z〓1、Z〓1}÷2 ……(15) H2=max{Z〓2、Z〓2、Z〓2}÷2 ……(16) 応力片振幅H1、H2……および第7図設計疲労
線図から許容繰返回数N1、N2……を得られ、疲
労寿命消費φfは(17)式で求められる。
H 1 = max{Z〓 1 , Z〓 1 , Z〓 1 }÷2 ...(15) H 2 =max{Z〓 2 , Z〓 2 , Z〓 2 }÷2 ...(16) Stress piece The amplitudes H 1 , H 2 . . . and the allowable number of repetitions N 1 , N 2 . . . are obtained from the design fatigue diagram shown in FIG .

φf=1/N1−1/N2+… ……(17) 一方、クリープ寿命消費は、以下の手順で求め
る。第9図に、発生応力の模式図を示す。コール
ドスタート及びホツトスタート時熱応力の変動に
より発生応力は圧縮応力側に変動した後、定常運
転に入るに従い熱応力が小さくなり内圧応力によ
る引張り応力が主体となる。初期応力σiに達した
応力は時間経過とともに緩和してゆきσ(t)のよう
に変動する。そこで、時間をΔtに分割し、各区
間における緩和応力値σ(t)を第10図に示す応力
緩和線図より求める。つぎに第11図に示すクリ
ープ破断線図より緩和応力値σ(t)に対応する破断
時間tr(σ(t))を求める。
φ f =1/N 1 -1/N 2 +... (17) On the other hand, creep life consumption is determined by the following procedure. FIG. 9 shows a schematic diagram of generated stress. The stress generated changes to the compressive stress side due to fluctuations in thermal stress during cold start and hot start, and then as steady operation begins, the thermal stress decreases and becomes mainly tensile stress due to internal pressure stress. The stress that has reached the initial stress σ i is relaxed over time and fluctuates as σ(t). Therefore, the time is divided into Δt, and the relaxation stress value σ(t) in each section is determined from the stress relaxation diagram shown in FIG. Next, the rupture time t r (σ(t)) corresponding to the relaxed stress value σ(t) is determined from the creep rupture diagram shown in FIG.

時間Δtの間のクリープ寿命消費はΔt/trで得ら
れ、1回の起動停止間でのクリープ寿命消費φc
(14)式で求められる。
The creep life consumption during time Δt is obtained by Δt/t r , and the creep life consumption φ c between one start and stop is
It is obtained using equation (14).

φC=〓Tt=0 Δt/tr ……(18) そして、寿命消費算出値25は、一般に用いら
れている線形則式を用いて(19)式で求める。
φ C =〓 Tt=0 Δt/t r (18) Then, the life consumption calculation value 25 is obtained by equation (19) using the generally used linear law equation.

φ=φf+φc ……(19) ここに、寿命消費算出は、起動停止間を1サイ
クルとして行ない積算を行なう。
φ=φ fc ...(19) Here, the life consumption calculation is performed with the start-stop period as one cycle.

応力制限値設定器18では、計画時運用モード
毎の運用回数NO C(コールドスタート回数)、NO W
(ウオームスタート回数)、NO H(ホツトスタート回
数)とし、それに対応した寿命配分をφO C、φO W
φO Hとすると、計画時の各モード1回当りの許容
できる寿命消費は、それぞれ φOC/NOC、φOW/NOW、φOH/NOH として与えられ、現在までの各モード毎の運用回
数をNi C、Ni W、Ni H、各モード毎の寿命消費合計を
φi tC、φi tW、φi tHとすると、今後の各モードの1回
の起動停止当りの許容寿命消費はそれぞれ(21)、
(22)、(23)式で得られる。
The stress limit value setting device 18 sets the number of operations N O C (cold start number) and N O W for each operation mode at the time of planning.
(number of warm starts), N O H (number of hot starts), and the corresponding life distributions are φ O C , φ O W ,
Assuming φ O H , the allowable life consumption per cycle for each mode during planning is φ O / C / N O / C , φ O / W / N O / W , and φ O / H / N O /, respectively. Given as H , the number of operations for each mode up to now is N i C , N i W , N i H , and the total life consumption for each mode is φ i tC , φ i tW , φ i tH . The allowable life consumption per start/stop for each mode is (21), respectively.
It can be obtained from equations (22) and (23).

φi C=φOC−φitC/NOC−Noc ……(21) φi w=φow−φitW/NOW−Niw ……(22) φi H=φOH φitH/NOH NiH ……(23) つぎに、第12図に示す応力制限値−寿命消費
線図より、許容寿命消費に対応する応力を応力制
限値19とする。
φ i CO / C −φ i / tC /N O / C −N o / c ……(21) φ i wo / w −φ i / tW /N O / W −N i / w ......(22) φ i H = φ O / H φ i / tH /N O / H N i / H ...... (23) Next, from the stress limit value-life consumption diagram shown in Fig. 12, Let the stress corresponding to the allowable life consumption be the stress limit value 19.

また、第1図に示す実施例では現在応力値15
の推定計算法として管内外面メタル温度計測値
3,4より求める方法を示しているが応用例とし
て、応力監視箇所に直接歪ゲージを取り付け発生
応力を直接計測する方法を採用しても同等の効果
を得ることができる。
In addition, in the embodiment shown in FIG. 1, the current stress value is 15
As an estimation calculation method, a method is shown in which it is obtained from the measured values of metal temperature on the inner and outer surfaces of the pipe3 and 4. However, as an applied example, it is also possible to directly measure the generated stress by attaching a strain gauge directly to the stress monitoring point.The same effect can be obtained. can be obtained.

以上述べたように本発明のボイラ負荷制御装置
によると、プラント運用に伴なう寿命消費を計画
的に行ない、予定した寿命を有効に使うことがで
きる。すなわち、予定した期間を信頼性、安全性
高く運転することが可能になり、経済性向上にも
つながる。さらに応力値をもとに負荷制御を行な
うために、応力制限のために過剰なマージンを見
込んだ緩やかな負荷制御を行なわなくてもよく負
荷追従性も良くなる。
As described above, according to the boiler load control device of the present invention, life consumption associated with plant operation can be carried out in a planned manner, and the planned life can be used effectively. In other words, it becomes possible to operate with high reliability and safety during the scheduled period, which also leads to improved economic efficiency. Furthermore, since load control is performed based on stress values, there is no need to perform gentle load control that takes into account an excessive margin for limiting stress, and load followability is also improved.

新たに、本発明のようボイラ負荷制御を行なう
場合、ボイラが既設のものであつても、応力監視
箇所にメタルサーモカツプルなどを設置すればよ
く経済的である。
When newly performing boiler load control as in the present invention, even if the boiler is already installed, it is economical to install a metal thermocouple or the like at the stress monitoring location.

本発明は前述のような構成になつており、応力
制限設定値を基に負荷制御を行なうことができ、
負荷追従性を向上させることができる。
The present invention has the above-described configuration, and can perform load control based on the stress limit set value.
Load followability can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明のボイラ負荷制御装置の概略系
統図、第2図は横軸に時間、縦軸に負荷変化率を
示す特性図、第3図は横軸に時間、縦軸に応力予
測値を示した特性図、第4図は応力監視個所であ
るボイラ厚肉管(ヘツダ)の縦断面図、第5図は
第4図の−線断面における温度分布算出のた
めの円筒モデルの拡大図、第6図はメタルの板厚
方向における温度分布曲線図、第7図は横軸に許
容繰返し回数を示し、縦軸に応力片振幅を示した
設計疲労線図、第8図は横軸に時間、縦軸に主応
力差を示した主応力差発生の模式図、第9図は横
軸に時間、縦軸に応力を示したボイラ運用時の発
生応力模式図、第10図は横軸に時間、縦軸に緩
和応力値を示した応力緩和線図、第11図は横軸
に破断時間、縦軸に緩和応力値を示したクリープ
破断線図、第12図は横軸に応力制限値、縦軸に
寿命消費を示した特性図である。 1……ヘツダ、2……ノズルコーナ部、3,4
……温度計測値、11……圧力計測値、14……
現在応力値算出器、15……現在応力値、18…
…応力制限値設定器、19……応力制限値、20
……比較器、35……最適負荷変化率。
Fig. 1 is a schematic system diagram of the boiler load control device of the present invention, Fig. 2 is a characteristic diagram showing time on the horizontal axis and load change rate on the vertical axis, and Fig. 3 is a characteristic diagram showing time on the horizontal axis and stress prediction on the vertical axis. Figure 4 is a longitudinal cross-sectional view of the boiler thick-walled tube (header) where the stress is monitored, Figure 5 is an enlargement of the cylindrical model for calculating the temperature distribution in the - line cross section of Figure 4. Figure 6 is a temperature distribution curve diagram in the metal plate thickness direction, Figure 7 is a design fatigue diagram with the horizontal axis showing the allowable number of repetitions and the vertical axis showing the stress fragment amplitude, and Figure 8 is the horizontal axis. Figure 9 is a schematic diagram of the generation of principal stress differences, with time on the horizontal axis and stress on the vertical axis. Figure 9 is a schematic diagram of the stress generated during boiler operation, with time on the horizontal axis and stress on the vertical axis. A stress relaxation diagram with time on the axis and relaxation stress value on the vertical axis, Figure 11 is a creep rupture diagram with time to rupture on the horizontal axis and relaxation stress value on the vertical axis, and Figure 12 shows stress on the horizontal axis. It is a characteristic diagram showing the limit value and the life consumption on the vertical axis. 1... Header, 2... Nozzle corner part, 3, 4
... Temperature measurement value, 11 ... Pressure measurement value, 14 ...
Current stress value calculator, 15...Current stress value, 18...
...Stress limit value setter, 19...Stress limit value, 20
... Comparator, 35 ... Optimal load change rate.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 ボイラ耐圧部からの計測値によつて現在応力
値を予測する現在応力値算出手段と、 予め計画した応力制限設定値を出力する応力制
限値設定手段と、 前記現在応力値と応力制限設定値を比較する比
較手段とを設け、 前記現在応力値と応力制限設定値を前記比較手
段によつて比較して、その応力制限設定値を越え
ていない範囲でボイラ負荷変化率を得るように制
御することを特徴とするボイラ負荷制御装置。
[Scope of Claims] 1. Current stress value calculation means for predicting the current stress value based on the measured value from the boiler pressure-resistant part; Stress limit value setting means for outputting a stress limit setting value planned in advance; and a comparison means for comparing the current stress value and the stress limit set value, and the current stress value and the stress limit set value are compared by the comparison means, and the boiler load change rate is determined within a range that does not exceed the stress limit set value. A boiler load control device characterized by controlling the load so as to obtain the following.
JP11620183A 1983-06-29 1983-06-29 Controller for boiler load Granted JPS6011002A (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS59180203A (en) * 1983-03-30 1984-10-13 株式会社日立製作所 Boiler stress monitoring method

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