発電プラントの脱気器水位制御装置およびその方法並びに発電プラント
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- 【要約】
【課題】復水器ホットウェルの貯水容量が脱気器貯水タンクの貯水容量と比較して小さい場合は、脱気器水位制御の不調時に復水器ホットウェル水位が大きく低下し、最悪の場合復水ポンプの必要水量を確保できずポンプ停止に至ることが懸念される。
【解決手段】復水器ホットウェル６の水位を検出する復水器水位検出手段１７と、脱気器１０の水位を検出する脱気器水位検出手段１９と、脱気器水位検出手段１９の検出信号１９ａと脱気器の水位設定値との偏差に基づいて補給水流量調節弁１６の弁開度２２ａを算出する演算手段２０〜２２と、復水器水位検出手段１７の検出信号１７ａに基づいて補給水流量調節弁１６の下限開度を求める下限開度演算手段２４と、演算手段の弁開度２２ａが下限開度演算手段２４の下限開度２４ａ以下のとき当該下限開度２４ａを補給水流量調節弁１６の弁開度指令として出力する弁下限開度切替手段２３とを備えた。
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- 【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気タービンから排気された蒸気を復水して貯水する復水器と、前記復水器に貯水された復水を復水系から導入し復水中の溶存酸素を除去して給水として貯水する脱気器と、前記脱気器に貯えられた給水を給水系から導入するボイラと、補給水流量調節弁を備え前記復水器に補給水を供給する補給水供給手段とから成り、
前記補給水供給手段により復水器への補給水量を調節して脱気器の水位を制御するようにした発電プラントの脱気器水位制御装置において、
前記脱気器の水位を検出し、その水位信号を出力する脱気器水位検出手段と、
前記復水器の水位を検出し、その水位信号を出力する復水器水位検出手段と、
前記脱気器の制御設定値と水位信号との偏差に基づいて前記補給水流量調節弁の弁開度を求める演算手段と、
前記復水器水位検出手段の水位信号を入力し前記復水ポンプの必要最低限となる流量を確保するための前記補給水流量調節弁の下限開度を求める下限開度演算手段と、
前記演算手段で求めた弁開度と前記下限開度演算手段で求めた下限開度とを入力し、前記演算手段で求めた弁開度が前記下限開度演算手段で求めた下限開度以下の場合、当該下限開度を前記補給水流量調節弁の弁開度指令として出力する下限開度切替手段と、
を備えたことを特徴とする発電プラントの脱気器水位制御装置。
【請求項２】
前記下限開度切替手段は、前記演算手段で求めた弁開度が前記下限開度演算手段で求めた下限開度よりも大きい場合、前記演算手段で求めた弁開度を前記補給水流量調節弁の弁開度指令として出力することを特徴とする請求項１記載の発電プラントの脱気器水位制御装置。
【請求項３】
前記給水系から得た給水流量の変動を検出する給水流量検出手段を設け、当該給水流量検出手段から出力された信号を先行開度として前記演算手段で求めた弁開度に加算し、前記補給水流量調節弁の弁開度指令として出力することを特徴とする請求項１または２記載の発電プラントの脱気器水位制御装置。
【請求項４】
前記復水系に設けた分岐点から復水の一部を復水器に還流させる再循環系を設け、当該再循環系に復水再循環弁を設け、前記分岐点よりも上流の任意の部位から得た復水流量の変動を検出する復水流量検出手段を設け、この復水流量変動検出手段の出力を入力し前記復水再循環弁に必要な下限開度を出力する第２の下限開度演算手段を設け、前記下限開度演算手段の出力および前記脱気器水位と所定の制御設定値との偏差を入力し、これら入力信号のうちのいずれか大きい信号を前記復水再循環弁の弁開度指令として出力する第２の下限開度切替手段とを設けたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の発電プラントの脱気器水位制御装置。
【請求項５】
前記下限開度演算手段または第２の下限開度演算手段を、負の勾配を持つ一次関数回路で構成したことを特徴とする請求項１または４記載の発電プラントの脱気器水位制御装置。
【請求項６】
前記下限開度演算手段または第２の下限開度演算手段を、負の勾配のステップ関数回路で構成したことを特徴とする請求項１または４記載の発電プラントの脱気器水位制御装置。
【請求項７】
前記復水系に復水流量を調節する復水流量調節弁を設け、前記復水器水位検出手段の水位信号が所定の制御設定値よりも低下した場合、前記脱気器に送る復水流量を減少させるように前記復水流量調節弁の弁開度を調節することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の発電プラントの脱気器水位制御装置。
【請求項８】
前記再循環系に復水を貯水する復水貯水タンクを設けたことを特徴とする請求項５ないし６のいずれか１項に記載の発電プラントの脱気器水位制御装置。
【請求項９】
発電プラントのファーストカットバック運転時、ファーストカットバック信号を入力して前記蒸気タービンに供給される主蒸気量の低下分を補償する補給水流量を求める設定手段と、この設定手段の出力信号を前記演算手段の出力信号に加算することを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の発電プラントの脱気器水位制御装置。
【請求項１０】
蒸気タービンから排気された蒸気を復水して貯水する復水器と、前記復水器に貯水された復水を復水系から導入し復水中の溶存酸素を除去して給水として貯水する脱気器と、前記脱気器に貯えられた給水を給水系から導入するボイラと、補給水流量調節弁を備え前記復水器に補給水を供給する補給水供給手段とから成り、前記補給水供給手段により復水器への補給水量を調節して脱気器の水位を制御するようにした発電プラントの脱気器水位制御方法において、
前記脱気器の制御設定値と水位信号との偏差に基づいて前記補給水流量調節弁の弁開度指令を求め、
前記復水器の水位信号に基づいた前記補給水流量調節弁の下限開度を求め、
前記脱気器の制御設定値と水位信号との偏差に基づいて求めた弁開度が前記復水器の水位信号に基づいて求めた下限開度以下のとき、当該下限開度を前記補給水流量調節弁の弁開度指令とすることを特徴とする発電プラントの脱気器水位制御方法。
【請求項１１】
発電プラントのファーストカットバック運転時、蒸気タービンに供給される主蒸気量の低下分を補償する補給水流量を得るように前記補給水流量調節弁の弁開度を調節することを特徴とする請求項１０記載の発電プラントの脱気器水位制御方法。
【請求項１２】
請求項１ないし９のいずれか１項に記載の発電プラントの脱気器水位制御装置を備えた発電プラント。
- 【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火力発電プラントや原子力発電プラント等の発電プラントにおける脱気器水位制御装置に係り、特に復水器に流入する補給水の流量を調節して脱気器の水位を適正な値に制御するようにした発電プラントの脱気器水位制御装置およびその方法並びに発電プラントに関する。
【背景技術】
【０００２】
火力発電プラントや原子力発電プラント等の発電プラントにおいては、復水器によって蒸気タービンから排気された蒸気を凝縮して復水にし、この復水をボイラまたは蒸気発生器に給水する前に復水・給水系統中に設置している脱気器で復水中の溶解酸素量を制限値以下に低減するようにしている。復水器および脱気器の水位制御方式としては、脱気器の水位に基づいて復水器の水位を制御し、その結果生ずる復水器水位の偏差に基づいて脱気器へ水を送るようにした水位制御方式がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この水位制御方式について、もう少し具体的に説明する。この水位制御方式は、まず脱気器貯水タンクの検出水位に基づいて補給水タンクの入力弁または出力弁の開度を調節し、復水器ホットウェルの流入出水量を制御する。そしてこの復水器ホットウェルに流入出する水量の制御により復水器ホットウェル水位が設定値から変化したら、その復水器水位の偏差により復水流量調節弁を調節し、脱気器へ送る復水流量を制御するようにした水位制御方式である。
【０００４】
例えば、脱気器貯水タンクの水位が設定水位よりも低くなった場合、補給水流量調節弁を開らいて補給水タンクから復水器へ補給水を供給する。この補給水供給の結果、復水器ホットウェルの水位が高まったら、次に復水流量調節弁開度を大きくして脱気器への復水ポンプの吐水量を増やし、脱気器貯水タンクの水位を元の設定水位に戻すように制御する。
【特許文献１】特公平２−３０４０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１記載の水位制御方法では、脱気器貯水容量と比較して復水器ホットウェル貯水容量が小さい場合は、脱気器水位制御機能の不調時に何らかの原因で脱気器水位調節弁の開度を急激に開いたとき、復水流量が急激に増加するため、復水器ホットウェル水位が大きく低下する。
【０００６】
このため、補給水流量調節弁を開操作して復水器に補給水を流入させ復水器ホットウェル水位を回復させるようにしているが、脱気器貯水容量と比較して復水器ホットウェル貯水容量が小さい場合には、復水器ホットウェル水位低下後に補給水流量調節弁を開操作したのでは制御開始のタイミングが遅れてしまい、復水器ホットウェル水位が復水ポンプの必要水量を確保できる水位以下に低下し、この結果、復水ポンプの必要水量を確保できず、復水ポンプの停止により、発電プラントが運転停止に至ることが懸念される。
【０００７】
この対策としては、水位制御装置内に設けてあるＰＩＤ制御器の各パラメータ値を調整して最適なチューニングを施すのが通例である。しかし、ＰＩＤ制御器の各パラメータは単純に算出されるものではなく、水位が安定するように調整を行うことは非常に難しいのが現実である。
【０００８】
そこで、本発明は上記従来技術の欠点に鑑みてなされたもので、復水器ホットウェル水位が安定するように補給水流量調節弁の弁開度を調整し、脱気器の水位を安定に制御することができるようにした発電プラントの脱気器水位制御装置およびその方法並びに発電プラント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】
【０００９】
上記の目的を達成するために、請求項１に係る発明は、蒸気タービンから排気された蒸気を復水して貯水する復水器と、前記復水器に貯水された復水を復水系から導入し復水中の溶存酸素を除去して給水として貯水する脱気器と、前記脱気器に貯えられた給水を給水系から導入するボイラと、補給水流量調節弁を備え前記復水器に補給水を供給する補給水供給手段とから成り、前記補給水供給手段により復水器への補給水量を調節して脱気器の水位を制御するようにした発電プラントの脱気器水位制御装置において、前記脱気器の水位を検出し、その水位信号を出力する脱気器水位検出手段と、前記復水器の水位を検出し、その水位信号を出力する復水器水位検出手段と、前記脱気器の制御設定値と水位信号との偏差に基づいて前記補給水流量調節弁の弁開度を求める演算手段と、前記復水器水位検出手段の水位信号を入力し前記復水ポンプの必要最低限となる流量を確保するための前記補給水流量調節弁の下限開度を求める下限開度演算手段と、前記演算手段で求めた弁開度と前記下限開度演算手段で求めた下限開度とを入力し、前記演算手段で求めた弁開度が前記下限開度演算手段で求めた下限開度以下の場合、当該下限開度を前記補給水流量調節弁の弁開度指令として出力する下限開度切替手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項１０に係る発明は、蒸気タービンから排気された蒸気を復水して貯水する復水器と、前記復水器に貯水された復水を復水系から導入し復水中の溶存酸素を除去して給水として貯水する脱気器と、前記脱気器に貯えられた給水を給水系から導入するボイラと、補給水流量調節弁を備え前記復水器に補給水を供給する補給水供給手段とから成り、前記補給水供給手段により復水器への補給水量を調節して脱気器の水位を制御するようにした発電プラントの脱気器水位制御方法において、前記脱気器の制御設定値と水位信号との偏差に基づいて前記補給水流量調節弁の弁開度指令を求め、前記復水器の水位信号に基づいた前記補給水流量調節弁の下限開度を求め、前記脱気器の制御設定値と水位信号との偏差に基づいて求めた弁開度が前記復水器の水位信号に基づいて求めた下限開度以下のとき、当該下限開度を前記補給水流量調節弁の弁開度指令とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、給水量の急激な変動に応じて補給水流量調節弁の開度を最適な開度に調整することができるので、発電プラント起動時や脱気器水位が変動した時、あるいは急激なプラント状態の変動等給水量の急激な変動時においても、制御設定値を大きく逸脱することがなく、脱気器の水位を安定して制御することができ、発電プラントの安定運転が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。なお、各図を通して共通する部品、要素については同一符号ないし関連符号をつけて説明は適宜省略する。
【００１３】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１に係る制御プロセス系統図であり、図２は本実施例１の制御装置の一例を示す制御ロジック図であり、図１２は本実施例による制御演算部の主要部の入出力特性図である。
【００１４】
図１において、ボイラ１で発生した蒸気は、主蒸気系統２に設けられた蒸気加減弁３によって制御されて蒸気タービン４に導入される。蒸気タービン４に導入された蒸気はこの蒸気タービン４で膨張仕事をした後復水器５に排気され、ここで凝縮されて復水となり復水器ホットウェル６に貯水される。復水器ホットウェル６に貯水された復水は、復水系８を構成する復水管中の復水ポンプ７により昇圧されて低圧給水加熱器９に送られ、ここで加熱されたのち脱気器１０へ送られるように構成されている。
【００１５】
この脱気器１０は復水ポンプ７から送られてきた復水を蒸気タービン抽気に直接接触させて加熱することにより溶存酸素量を除去（低減）する脱気室１１と、脱気室１１で溶存酸素量の除去（低減）された水すなわち、給水を貯える脱気器貯水タンク１２とから構成されている。なお、通常、脱気室１１にて脱気された水は給水と称されている。
【００１６】
脱気器貯水タンク１２に一旦貯えられた給水は、給水系１３を構成するボイラ給水ポンプ１４によって昇圧されて給水調節弁１５、図示しない高圧給水加熱器を経てボイラ１へ給水されるように構成されている。
【００１７】
一方、復水器５には、ホットウェル６の水位を安定に保つために補給水流量調節弁１６の開度を調節して補給水供給手段である補給水タンク４６から必要量の給水が補給されるように構成されており、このため復水器ホットウェル６には、貯水している復水の水位検出用として水位検出器１７を設けている。この水位検出器１７から出力された復水器水位信号１７ａは後述する脱気器水位制御器（図中、制御器と表記）１８に入力されるようになっている。
【００１８】
脱気器貯水タンク１２の水位はボイラ給水ポンプ１４の必要水頭圧を確保するためにできるだけ一定に制御する必要があり、このため、脱気器貯水タンク１２には水位検出用として水位検出器１９を設けている。この水位検出器１９から出力された脱気器水位信号１９ａは前記復水器水位信号１７ａと同様、脱気器水位制御器１８に入力されるように構成されている。
【００１９】
脱気器水位制御器１８は、これら復水器水位信号１７ａおよび脱気器水位信号１９ａを入力して後述する所定の演算処理を行い、その演算処理結果を前述の補給水流量調節弁１６に弁開度指令１８ａとして出力し、補給水流量調節弁１６の弁開度を調節することによって補給水流量を制御する。
【００２０】
図２は脱気器水位制御器１８の構成の一例を示すロジックシーケンス図である。
図２において、脱気器水位制御器１８は制御演算部１８１と、手動/自動切替操作部１８２とから構成されている。図中、制御演算部１８１の入出力部に設けた記号ＡＩ、ＡＯはそれぞれアナログ入力部、アナログ出力部である。
【００２１】
制御演算部１８１において、脱気器水位信号１９ａはまず比較部２０に入力される。比較部２０は実測値である脱気器水位信号１９ａと予め制御設定器２１で設定されている制御設定値２１ａとの偏差、つまり脱気器水位偏差２０ａ（２１ａ−１９ａ＝２０ａ）を求め、この脱気器水位偏差２０ａを後段のＰＩＤ演算部２２へ出力する。
【００２２】
ＰＩＤ演算部２２は、脱気器水位偏差２０ａを入力して、Ｐ（比例動作）＋Ｉ（積分動作）＋Ｄ（微分動作）演算を行い、その演算結果２２ａを後述する下限開度切替回路２３および手動/自動切替操作部１８２を経て補給水流量調節弁１６に対して弁開度指令１８ａとして出力する。なお、本発明では、脱気器の水位偏差を求める比較部２０と、その偏差２０ａをＰＩＤ演算するＰＩＤ演算部２２とを合わせて演算手段と称する場合がある。
【００２３】
ところで、脱気器貯水タンク１２の貯水容量と比較して復水器ホットウェル６の貯水容量がかなり小さい場合には、脱気器水位制御の不調時に復水器ホットウェル水位の変動を招き、この結果、復水ポンプ７の必要吐水量を確保できずに復水ポンプ７の運転停止となる場合が懸念される。この復水ポンプ７の運転停止を避けるためには、補給水量調節弁１６により補給水量を調整して、復水器ホットウェル水位を安定にする必要がある。
【００２４】
このため、本実施例１の制御演算部１８１は、従来装置に対して、復水器水位から復水ポンプ７の必要最低流量を確保するための補給水量調節弁の下限開度２４ａを演算する下限開度演算手段２４と、脱気器水位偏差に基づいてＰＩＤ演算部２２で演算された弁開度２２ａが下限開度２４ａ以下になった場合に下限開度２４ａを補給水量調節弁の弁開度指令として出力する下限開度切替回路２３とを付加するように構成した。
【００２５】
以下、下限開度演算手段２４、下限開度切替回路２３について詳しく説明する。
下限開度演算手段２４は、復水器水位が増加するにつれて弁開度２４ａが漸次減少する特性を有しており、例えば、負の勾配の一次関数（ｙ＝−ａｘ＋ｂ）を有する一次関数回路２４によって構成されている。しかもこの一次関数回路２４の定数（−ａ、ｂ）は、復水器の水位が大きく低下しない限り、脱気器水位偏差２０ａをＰＩＤ演算して求めた弁開度２２ａの大きさよりも、復水器水位１７ａに基づいて求めた下限開度２４ａの方が小さくなるように設定されている。すなわち、復水器水位が大きく低下しない状態にあるときは、弁開度２２ａ＞下限開度２４ａの関係が維持されるように一次関数の定数（−ａ、ｂ）を設定している。
【００２６】
なお、下限開度演算手段２４は、一例として水位の増加につれて弁開度が漸次減少する負の勾配を持つ一次関数回路を挙げたが、本実施例１はこれに限定されるものではなく、例えば水位の増加につれて弁開度が段階的に減少する立下りのステップ関数回路であってもよい。ただし、以下の説明では下限開度演算手段２４を負の勾配を持つ一次関数回路として説明する。
【００２７】
下限開度切替回路２３は、弁開度２２ａと下限開度２４ａとを入力し、いずれか大きい方の入力値を出力するいわゆる高値優先回路として機能する。例えば、復水器水位が大きく低下していない定常の運転状態では、弁開度２２ａの方が下限開度２４ａよりも大きくしてあるので、弁開度２２ａを補給水流量調節弁１６の弁開度指令１８ａとして出力し、復水器水位が大きく低下して弁開度２２ａが下限開度２４ａ以下となる期間中では、弁開度２２ａに替えて下限開度２４ａを補給水流量調節弁１６の弁開度指令１８ａとして出力する。そして、水位が上昇し再び弁開度２２ａが下限開度２４ａよりも大きくなると下限開度２４ａに替えて弁開度２２ａを補給水流量調節弁１６の弁開度指令１８ａとして出力するように機能する。
【００２８】
このように、下限開度切替回路２３は復水器水位が大きく低下したことにより、弁開度２２ａが下限開度２４ａ以下になった場合、下限開度２４ａを出力して補給水流量調節弁１６の弁開度が下限開度以下にならないように調整する。これによってそのときの復水器水位における必要補給水量を補給水タンク４６から復水器ホットウェル６に流入させることができ、安定した復水器水位を確保し、脱気器貯水タンクの水位を安定状態に維持することができる。
なお、２５は、制御異常が発生した場合、その直前の補給水流量調節弁１６の弁開度をトラッキングするためのトラッキング部である。
【００２９】
図１２の入出力特性図は、脱気器水位信号１９ａ、復水器ホットウェル水位信号１７ａおよび補給水調節弁開度指令１８ａとなるＰＩＤ増幅器出力２２ａまたは一次関数回路出力２４ａの関係を示すものである。なお、図中の脱気器ＮＷＬ、復水器ＮＷＬとはそれぞれ、脱気器および復水器の定常状態における制御設定値（ノーマル・ウォータ・レベル）である。
【００３０】
図１２において、発電プラントの運転状況によって脱気器水位１９ａが制御設定値（ＮＷＬ）２１ａに対して増減すると、ＰＩＤ演算部２２が遅れ要素であることに加え、制御対象の時間遅れつまり補給水流量調節弁１６の弁開度の変化が復水器水位変化として現れるまでの制御時間遅れによって、復水器水位信号１７ａは、脱気器水位信号１９ａよりも遅れて変化する。しかも、脱気器貯水タンク１２の貯水容量に比べて復水器ホットウェル６の貯水容量が小さいので、脱気器水位信号１９ａの変動が増幅されて復水器水位信号１７ａの変化となって現れる。
【００３１】
ＰＩＤ演算器出力（弁開度）２２ａは、脱気器水位偏差２０ａをＰＩＤ演算した結果なので、脱気器水位１９ａよりも若干遅れてしかも振幅の増幅された波形として得られる。従来装置のように、制御演算部１８１に一次関数回路２４および下限開度切替回路２３が設置されていなければ、復水器水位１７ａが破線のように大きく低下しても依然として脱気器水位偏差２０ａに基づいたＰＩＤ演算器出力（弁開度）２２ａによって補給水流量調節弁１６の弁開度が制御され、それに見合った補給水量しか供給されないのであるが、本実施例１では、脱気器水位偏差２０ａに基づくＰＩＤ演算器出力（弁開度）２２ａが復水器水位１７ａに基づいて一次関数回路２４で求めた下限開度２４ａ以下になると、下限開度切替回路２３は実線で示す下限開度２４ａを補給水流量調節弁１６の弁開度指令１８ａとして出力する。これによって、補給水量が極端に絞られることはなく、復水器水位１７ａは破線のように大きく低下することはない。
【００３２】
なお、脱気器水位偏差２０ａに基づいたＰＩＤ演算部２２の出力信号２２ａが一次関数回路２４から出力された下限開度２４ａよりも大きくなれば、下限開度切替回路２３は一次関数回路２４の出力信号２４ａからＰＩＤ演算部２２の出力信号２２ａに切替えて補給水調節弁開度指令として出力する。
【００３３】
以上述べたように、本実施例１によれば、脱気器水位偏差２０ａをＰＩＤ演算部２２に入力して補給水流量調節弁１６の弁開度を演算し、この弁開度によって補給水流量調節弁１６の弁開度を調節するようにした水位制御方式において、脱気器水位偏差２０ａに基づくＰＩＤ演算部２２の弁開度２２ａが、復水器水位１９ａに基づいて下限開度演算手段２４で求めた下限開度２４ａ以下になった場合、ＰＩＤ演算部出力２２ａに替えて下限開度２４ａが補給水流量調節弁１６の弁開度として出力されるので、常に復水ポンプ７にとって必要な復水器水位となるように補給水量を復水器ホットウェル６に供給することができる。この結果、復水器水位が安定し、脱気器水位も安定に制御することが可能な発電プラントの脱気器水位制御装置を提供することができる。
【００３４】
（実施例２）
図３は本発明の実施例２に係る制御プロセス系統図であり、図４は本実施例２の水位制御器の一例を示す制御ロジック図であり、図１３は本実施例２による制御演算部の主要部の入出力特性図である。
【００３５】
本実施例２は前述した実施例１に改良を加えたものであり、図３で示すように給水系１３のボイラ給水ポンプ１４と給水調節弁１５の間の管路に給水流量検出器２６を設置し、この給水流量検出器２６で検出した給水流量信号２６ａを脱気器水位制御器１８−Ａに導入するようにした構成を実施例１に付加したことを特徴とするものである。
【００３６】
図４の制御ロジック図において、脱気器水位制御器１８−Ａは実施例１（図２）の脱気器水位制御器１８に対して、給水系１３に流れる給水流量を検出して得た給水流量信号２６ａを導入し、この給水流量信号２６ａを一次関数回路２７に入力することによって給水流量の変動分から求めた先行開度２７ａを出力することにより、給水流量の変動分に対して必要な補給水流量が得られるようにし、そしてこの先行開度２７ａとＰＩＤ演算器出力２２ａとを加算回路２８にて加算し、加算結果である出力信号２８ａを下限開度切替回路２３に入力するように構成したものである。その他の構成は実施例１の図２の場合と同じなので、説明を省略する。
【００３７】
本発明が対象とする図１や図３のような脱気器水位制御系では、脱気器貯水タンク１２の水位は、給水流量の変動に起因することが多い。例えば、給水流量がＱ１からＱ２に変動した場合、Ｑ１−Ｑ２＜０ すなわち給水流量が増加した場合は、脱気器貯水タンク１２の水位は下がり、Ｑ１−Ｑ２＞０ すなわち給水流量が減少した場合は、脱気器貯水タンク１２の水位は上がり、Ｑ１−Ｑ２＝０ すなわち給水流量に増減がなければ脱気器貯水タンク１２の水位は一定に維持される。
【００３８】
脱気器貯水タンク１２の水位を検出して補給水量調節弁１６の弁開度１８ａを調節しようとした場合、給水流量の変動が脱気器貯水タンク１２の水位の変動として現れるまでにはかなりの時間遅れがあり、しかも、復水器ホットウェル６が小さい場合には、脱気器貯水タンク１２の水位の変動を検出してから補給水量調節弁１６の弁開度１８ａを調節しようとしても制御が間に合わない場合が考えられる。
【００３９】
本実施例２は、このような事態に対処するため、一次関数回路２７によって検出された給水流量の変動分（Ｑ１−Ｑ２＜０あるいはＱ１−Ｑ２＞０）を水位の変化に先行する状態量として導入し、この給水流量の変動分から先行開度２７ａを求め、この先行開度２７ａとＰＩＤ演算器２２から出力された弁開度２２ａとを加算回路２８で加算（２２ａ＋２７ａ）するように構成したので、給水流量の変動に即応した補給水量調節弁１６の弁開度１８ａを得ることができる。
この結果、本実施例２は、水位の変化を導入する実施例１に比べて応答性がよくなり、より一層脱気器水位を安定に制御することが可能となる。
【００４０】
図１３の入出力特性図は、給水流量信号２６ａ、脱気器水位信号１９ａおよび復水器ホットウェル水位信号１７ａ、ＰＩＤ増幅器出力２２ａおよび先行開度２７ａの関係を示している。
なお、制御演算部１８−Ａから出力される補給水量調節弁１６の弁開度１８ａとしては、ＰＩＤ増幅器出力２２ａと給水流量の変動分から求められた先行開度２７ａとを加算回路出力２８ａにおいて加算した値が出力される。
【００４１】
（実施例３）
図５は本発明の実施例３に係る制御プロセス系統図であり、図６は本実施例３の水位制御器の一例を示す制御ロジック図であり、図１４は本実施例による制御演算部の主要部の入出力特性図である。
【００４２】
本実施例３は、実施例２に改良を加えたものであり、図５で示すように、復水系８の低圧給水加熱器９の上流側に分岐点３６を設けてこの分岐点３６から復水の一部を復水器５に還流させる復水再循環系２９を新設し、しかもこの復水再循環系２９に復水の再循環量を調節するための復水再循環調節弁３０を設置すると共に、前記分岐点３６よりも上流側の適宜な部位に復水流量検出器３１を設置し、この復水流量検出器３１で検出した復水流量信号３１ａを脱気器水位制御器１８−Ｂの制御信号として新たに導入するようにしたことを特徴とするものである。
この脱気器水位制御器１８−Ｂは前述した実施例２の脱気器水位制御器１８−Ａ（図４）に以下述べるような改良を加えた構成になっている。
【００４３】
図６の制御ロジック図において、脱気器水位制御器１８−Ｂは脱気器水位信号１９ａと水位制御設定器３３で定めた所定の制御設定値３３ａとを比較部３４で比較し、その水位偏差３４ａを一次関数回路３５に入力して水位偏差３４ａに対応した弁開度３５ａを算出し、この弁開度３５ａを前記下限回路切替回路２３と同様に高値優先回路として機能する下限回路切替回路４５に入力する。なお、この下限回路切替回路４５を実施例１の下限開度切替回路２３と区別する意味で、第２の下限回路切替回路４５と呼称する。
【００４４】
一方、復水流量検出器３１で検出した復水流量信号３１ａを前記一次関数回路２４と同様に負の勾配の一次関数を持ち、復水再循環弁の下限開度演算手段３２として機能する一次関数回路３２に入力して復水流量信号３１ａの変動分に対応した弁開度３２ａを求め、前述した第２の下限回路切替回路４５に入力する。なお、この下限開度演算手段３２を実施例１の下限開度演算手段２４と区別する意味で、第２の下限開度演算手段３２と呼称する。
【００４５】
第２の下限開度演算手段３２は復水流量が復水ポンプ７の最低必要流量以下とならないように、復水ポンプ保護用として再循環弁３０の下限開度を決定するものである。第２の下限回路切替回路４５は、入力された２つの弁開度のうち、高い方の弁開度を選択して４５ａとして出力する。弁開度４５ａは、手動/自動切替操作部１８２を経て復水再循環調節弁３０に対して弁開度指令１８ｂとして出力される。その他の構成は実施例２の図４の場合と同じなので、説明を省略する。
【００４６】
図１４の入出力特性図は、給水流量信号２６ａ、復水流量信号３１ａ、脱気器水位信号１９ａ、復水器ホットウェル水位信号１７ａ、ＰＩＤ増幅器出力（弁開度）２２ａ、先行開度２７ａおよび復水再循環調節弁３０の弁開度１８ｂの関係を示すものである。符号３２ａは復水ポンプ７保護用の下限開度を示す。
【００４７】
本実施例３によれば、復水器５への補給水流量の増加によって復水流量が増加し、脱気器水位１９ａが所定の制御設定値３３ａ以上となった場合は、一次関数回路３５の出力３５ａで復水再循環調節弁３０を開操作し、復水の還流分を増やすことによって脱気器水位１９ａの上昇を抑制する。この際、脱気器１９の水位が安定したことに伴い、補給水流量調節弁１６の弁開度が減少する。この弁開度の減少した状態を放置すれば、弁開度の減少に伴って補給水流量が減少するのであるが、本実施例３では、補給水流量の減少によって復水ポンプ７にとって必要な流量が低下することを防止するために、復水流量信号３１ａを一次関数回路３２に入力して復水流量の変動分に対応した弁開度３２ａを求め、第２の下限開度切替回路４５にて弁開度３５ａと比較し、いずれか大きい方の入力信号を出力するようにしたので、復水ポンプ７にとって必要最低限度の流量を確保できるように復水再循環調節弁３０の弁開度１８ｂを調節している。この結果、脱気器水位上昇を抑制し、かつ復水ポンプ７の保護が図れるという優れた効果を奏することができる。
【００４８】
（実施例４）
図７は本発明の実施例４に係る制御プロセス系統図であり、図８は本実施例４の水位制御器の一例を示す制御ロジック図である。
【００４９】
本実施例４は実施例３に改良を加えたものであり、図７で示すように復水系８の分岐点３６と低圧給水加熱器９の中間の管路に復水流量調節弁３７を設置し、この復水流量調節弁３７を本実施例４の脱気器水位制御器１８−Ｃからの出力信号１８ｃにより弁開度を制御するようにしたものである。この脱気器水位制御器１８−Ｃは前述の脱気器水位制御器１８−Ｂに対して以下述べる復水流量調節弁３７に関わる制御回路を追加したものである。
【００５０】
図８の制御ロジック図において、脱気器水位制御器１８−Ｃは実施例３で既に導入している復水器水位信号１７ａと本実施例４で新たに設けた復水流量調節弁３７の制御設定器３８の設定値３８ａとを比較部３９で比較することにより復水器水位偏差３９ａを求め、この復水器水位偏差３９ａを第２のＰＩＤ演算部４０に入力してＰＩＤ演算し、復水流量調節弁３７の弁開度４０ａを求める。そして、この弁開度４０ａを手動/自動切替部１８２を通して復水流量調節弁３７に弁開度１８ｃとして出力し、復水流量調節弁３７の弁開度を調節する。なお、４１は図２で説明したトラッキング部２５と同じトラッキング部である。
【００５１】
本実施例４によれば、復水器の水位信号１７ａと復水流量調節弁３７の制御設定値３８ａとの偏差３９ａに基づいて復水系８中の復水流量調節弁３７の弁開度を調節するようにしたので、復水器ホットウェル６の水位が低下した場合、補給水流量調節弁１６の弁開度を開いて補給水を増やすと共に、脱気器１０に流入する復水流量を減少させてバックアップすることにより、前述した実施例３の場合よりも復水器水位の低下抑制機能が向上し、補給水流量の消費を最低限に抑制できるという優れた効果を奏することができる。
【００５２】
（実施例５）
図９は本発明の実施例５に係る制御プロセス系統図を示す。なお、本実施例５の場合、水位制御器自体は前述の実施例４の脱気器水位制御器１８−Ｃと同じなので図示を省略する。
図９において、本実施例５は復水再循環系２９の復水再循環弁３０と復水器５との間に復水貯水タンク４２を設けるようにしたものである。
【００５３】
復水器ホットウェル６の貯水容量が通常よりも極端に小さい場合、復水再循環流量及び補給水流量によって復水器ホットウェル６が満水となることが想定される。しかしながら、本実施例５によれば、復水循環系２９の復水再循環弁３０および復水器ホットウェル６間に新たに復水貯水タンク４２を設けて復水器ホットウェル６とは別に復水を一時的に貯水できるようにしたので、復水器ホットウェル６の容量を増加するのと同じような効果が得られ、復水器ホットウェル６が満水になることを防ぐことができる。
【００５４】
さらに、復水器ホットウェル６の容量が小さい場合、復水ポンプ７の起動時に水位が急激に低下することが考えられるが、本実施例５によれば、復水再循環系２９に設けた復水貯水タンク４２によって、復水ポンプ７の必要最低流量を確保することが可能となるので、復水ポンプ７の起動時に水位が急激に低下することはない。
【００５５】
（実施例６）
図１０は本発明の実施例１に係る制御プロセス系統図であり、図１１は本実施例６の水位制御器の一例を示す制御ロジック図である。
本実施例６は前述した実施例５に改良を加えることにより、発電プラントの所内単独運転時、すなわち、ファーストカットバック（ＦＣＢ）運転時にも前述の実施例と同様に脱気器水位制御を行なえるようにしたものである。
【００５６】
図１０は脱気器水位制御器１８−Ｄにファーストカットバック信号（ＦＣＢ信号）４３を導入する構成を示す。このＦＣＢ信号４３はファーストカットバック運転時にＯＮ（「１」）、通常運転時にＯＦＦ（「０」）となる２値信号である。本実施例６の脱気器水位制御器１８−Ｄは、図１１で示すようにＦＣＢ信号４３を予め定数が定められている定数設定器４４に入力するように構成されている。この定数設定器４４は発電プラントのＦＣＢ運転時に主蒸気量が急激に低下しても復水器ホットウェル水位が低下することのないように、蒸気タービンに導入される主蒸気量の低下分補償し得る補給水流量が得られるような設定信号４４ａを出力する。なお、ここで、主蒸気量の低下分補償とは、主蒸気量の低下分１００％を補償することができれば最善であるが、制御系の性能によって多少補償量を加減するようにしてもよい。
【００５７】
この定数設定器４４から出力された設定信号４４ａは前述の加算回路２８に入力されてＰＩＤ演算結果である弁開度２２ａおよび一次関数回路２７による先行開度２７ａに加算される。
【００５８】
ＦＣＢ運転発生時には、蒸気タービン４に流入する主蒸気が急激に低下するために、復水器５に戻ってくる蒸気量が急激に低下する。このため従来の水位制御システムであれば脱気器１０の水位及び復水器ホットウェル６の水位も併せて低下することとなり、発電プラントの安定運転に対し大きな外乱要素となるが、本実施例６によれば、ＦＣＢ運転時にＦＣＢ信号４３を脱気器水位制御器１８−Ｄに入力することにより、加算回路２８にＦＣＢ運転時に必要とする開度が先行的に加算されるので、急激な運転状態の変化にも十分に追従できる等、優れた効果を奏する。
- 【公開番号】特開２００７−９３１２９（Ｐ２００７−９３１２９Ａ）
【公開日】平成１９年４月１２日（２００７．４．１２）
【発明の名称】発電プラントの脱気器水位制御装置およびその方法並びに発電プラント
【発明者】
【氏名】林田 孝一
【氏名】村田 裕
【氏名】福井 守
【氏名】坂元 宏之
【氏名】藤島 英樹
- 【出願番号】特願２００５−２８４１３２（Ｐ２００５−２８４１３２）
【出願日】平成１７年９月２９日（２００５．９．２９）
【出願人】
【識別番号】０００００３０７８
【氏名又は名称】株式会社東芝
【識別番号】３９００１４５６８
【氏名又は名称】東芝プラントシステム株式会社
- 【代理人】
【識別番号】１０００８７３３２
【弁理士】
【氏名又は名称】猪股 祥晃
【識別番号】１０００８１１８９
【弁理士】
【氏名又は名称】猪股 弘子
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