JP2004301366A - Once-through exhaust heat recovery boiler - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an once-through exhaust heat recovery boiler with an evaporator member free from burning, preventing unstable fluidity on a heating passage in the process of water feed to superheated steam generation by keeping the dryness in the outlet of an evaporator constant. <P>SOLUTION: A dryness control device 37 temporarily controls the increase/decrease of the opening of a steam valve 36 when a load command 32 of a gas turbine increases/decreases. The dryness control device 37 is provided with a function generator 40 for finding the static property of steam pressure from the load command 32 of the gas turbine, a primary delay circuit 41 for generating a primary delay on the static property of the steam pressure as the output of the function generator 40, and a PID controller (a steam pressure controller) 44 for controlling the opening of a steam valve 36 in accordance with a difference between the output of the primary delay circuit 41 and the steam pressure. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、貫流型廃熱回収ボイラに係わり、特にガスタービン等から排出されるガスの熱を利用して過熱蒸気を生成する貫流型廃熱回収ボイラにおける制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１３に貫流型廃熱回収ボイラの概略構成について示した。図において、符号１はガスタービン、符号２は貫流型廃熱回収ボイラである。
ガスタービン１は、空気を圧縮する空気圧縮機３，圧縮された空気を用いて燃料を燃焼させる燃焼器４，燃焼器４で燃焼して膨張したガスが導入されて駆動するタービン５、後述する貫流型廃熱回収ボイラ２からの蒸気が導入されるタービン６、および、タービン５およびタービン６の回転エネルギーから発電を行う発電機７を備えている。燃焼器４にはガバナ弁８を介して燃料が供給されている。このガバナ弁８は、負荷指令（発電装置指令）が入力されることにより、その指令値に応じた開度に調節されるようになっている。
貫流型廃熱回収ボイラ２は、下方から上方へ向かってガスタービン１の排気ガスＧを導くケーシング１１と、該ケーシング１１内に上から下に向かって順番に配置された節炭器２０、蒸発器２１及び過熱器２２と、ケーシング１１の外部に設置されて節炭器２０に給水Ｗを供給する給水ポンプ１５とを備えて構成される。節炭器２０、蒸発器２１および過熱器２２は、お互いの接続部を介して連続した流路をなすように構成されている。
節炭器２０は給水Ｗをその内部に通して予熱する役目をなし、また、蒸発器２１は、節炭器２０からの給水Ｗを加熱して蒸気Ｓを蒸発させる役目をなし、過熱器２２は、蒸発器２１からの蒸気Ｓを更に加熱して過熱蒸気ＳＳを生成する役目をなす。
【０００３】
貫流型廃熱回収ボイラでは、通常の廃熱回収ボイラと相違して、コスト削減の目的にて汽水分離を行うドラムを設けていない。このため、蒸発器２１出口は飽和温度を維持するとともに、過熱器２２には多量のドレン（飽和水）を流入させてはならない。蒸発器２１出口が過熱蒸気に至った場合には蒸発器２１の材質上の問題が、また、逆に蒸発器２１出口の乾き度が小さい場合、過多の飽和水が過熱器２２に流入して流動不安定の問題が発生する。
【０００４】
このため、特願２００２−１７１７６５記載の技術では、給水流量を制御することで、蒸発器出口の乾き度が一定値となるようにしている。
図１４は当該貫流型廃熱回収ボイラの制御系である。節炭器２０は、３つの節炭器２０ａ、２０ｂ、２０ｃからなり、過熱器２２は、３つの過熱器２２ａ、２２ｂ、２２ｃからなる。
本貫流型廃熱回収ボイラには、給水制御装置２５として、以下の構成が設けられている。符号３１は、過熱器２２ａの出口蒸気温度を検出する温度検出手段である。また、符号３３は、ガバナ弁８（図１３参照）への負荷指令３２に基づく蒸気温度設定を算出する関数演算器（蒸気温度設定算出器）である。符号３４は、温度検出手段３１により検出された蒸気温度と、関数演算器３３により算出された蒸気温度設定との偏差を計算する偏差演算器である。この偏差演算器３４により算出された偏差は、符号３５で示したＰＩＤ制御器に与えられ、このＰＩＤ制御器３５は、過熱器２２ａの出口蒸気温度を蒸気温度設定にコントロールするように給水流量指令を給水ポンプ１５に出力するものである。給水ポンプ１５においては、ポンプ回転数またはポンプ出口に設置される給水制御弁の開度を制御することによってＰＩＤ制御器３５の出力に見合う給水量をボイラに供給するものである。すなわち、与えられた給水流量指令に追従する機能を含んだものであり、制御機能または制御装置を含んでいる。
関数演算器３３で算出される蒸気温度設定は、予め決められた負荷におけるガス側と水・蒸気側との熱バランスにて、過熱器２２ａを通過する間の蒸気から過熱蒸気への温度上昇を見越した蒸気温度設定である。（関数演算器３３にて計算に用いられる関数は、予め設定計画および燃焼試験により準備される関数である。）
また、符号３６は高圧蒸気弁であり、異常時やプラント起動、停止時を除いて蒸気圧力は特に制御することなく成り行き任せであり、高圧蒸気弁３６は規定開度Ｚ％で一定のままである。
なお、上記の給水制御装置は高圧系に限らず、中圧系及び低圧系にも適用可能である。
【０００５】
【特許文献１】
特公平８−２３４０６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように構成された従来の貫流型廃熱回収ボイラにおいては、過熱器２２ａ出口における蒸気温度と蒸気温度設定とを比較し、給水ポンプ１５を制御することにより、蒸発器２１の出口における乾き度を制御している。
すなわち、蒸発器２１出口での乾き度を直接計測する手段はないため、事前に過熱器２２ａでの吸収熱量を求め、蒸発器出口乾き度を一定とする、負荷指令３２に対する過熱器２２ａ出口温度設定の関数を作成し、本温度が得られるよう給水流量を制御しているのである。この過熱器２２ａでの吸収熱量は、いくつかのボイラ負荷に於いて実機の静特性データ等から静特性として求める。
過熱器２２ａ出口温度による給水流量制御の最も一般的で汎用的な制御法はＰＩＤ制御である。
【０００７】
本従来技術では、静特性的に過熱器２２ａでの加熱量を関数化し、負荷指令が変動した場合に過熱器２２ａで適切な加熱量となるように給水量を制御している。しかし、例えば負荷が降下すると蒸気圧力が減少するため、蒸発器２１での飽和温度も減少する。このとき蒸発器２１の鋼材温度は熱容量のためにすぐには変動せず、静特性より多くの熱が流体側に移動する。この結果蒸発器出口の乾き度は一時的に上昇する。すなわち、蒸発器出口の温度が変化したのちに過熱蒸気の温度が遅れて変化し、この間乾き度は変動してしまう。
もしこの一次過熱器２２ａにおける吸収熱量の静特性と動特性とが一致する場合でも、実際には給水ポンプ１５の動作遅れに伴う制御のハンチング現象防止のため、給水制御のＰＩＤパラメータを十分大きくすることはできない。
以上のように、従来の給水流量による蒸発器出口の乾き度制御にはさらなる精度上改善の余地がある。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、蒸発器出口乾き度を一定に維持させることにより給水から過熱蒸気生成に至る加熱経路上での流動性が不安定になるのを防止し、かつ蒸発器部材の焼損を防止できる貫流型廃熱回収ボイラを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、他の装置から排出された排ガスを導くケーシング内に、給水を受けて該給水を予熱する節炭器と、該節炭器からの前記給水を加熱して蒸気を発生させる蒸発器と、該蒸発器からの前記蒸気を更に加熱して過熱蒸気を生成する過熱器と、蒸気圧力を調節する蒸気弁とを備えた貫流型廃熱回収ボイラにおいて、前記過熱蒸気の温度に基づいて前記蒸発器出口における蒸気の乾き度の変動を抑えるように前記給水流量を制御する給水制御装置と、蒸気圧力の変動を静特性よりも抑えることにより前記蒸発器出口乾き度の過渡的変動幅を抑える乾き度制御装置とを備えていることを特徴とする。
【００１０】
貫流型廃熱回収ボイラでは、他の装置の排ガス熱量（例えば他の装置がガスタービンである場合、ガスタービン負荷）が降下する場合は蒸気圧力は減少し、蒸発器での飽和温度も減少する。このとき蒸発器の鋼材温度は熱容量のためすぐに降下せず、静特性より多くの熱が流体側に移動する。この結果蒸発器出口の乾き度は一時的に上昇する。本発明では、負荷降下時に蒸気圧力すなわち飽和温度を静特性より高くすることで、この一時的な乾き度の上昇を抑え、蒸発器出口乾き度の過渡的変動幅を従来より軽減させる。負荷が増加する場合はその反対の操作により蒸発器出口乾き度の過渡的変動幅を軽減させる。
また、給水制御装置としては、図１４の従来技術の例のように、過熱蒸気の温度を検出する温度検出手段と、前記他の装置としてのガスタービンの負荷指令に基づいた蒸気温度設定を算出する蒸気温度設定算出器と、前記過熱蒸気温度と蒸気温度設定との偏差に基づいて給水流量指令を生成する制御器とを備え、該給水流量指令に基づいて前記給水流量が制御される構成とすることができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の貫流型廃熱回収ボイラにおいて、前記他の装置としてガスタービンが設けられ、前記乾き度制御装置は、該ガスタービンの負荷指令が増加／減少する場合に一時的に前記蒸気弁の開度を減／増する制御を行うことを特徴とする。
【００１２】
ガスタービンの負荷指令が降下する場合は蒸気弁開度を減とする。これにより蒸気圧力すなわち飽和温度が静特性より増加する。ガスタービン負荷指令が上昇する場合は蒸気弁開度を増とする。これにより蒸気圧力すなわち飽和温度が静特性より減少する。これにより蒸発器出口乾き度の負荷変化時の一時的な上昇・降下が軽減する。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の貫流型廃熱回収ボイラにおいて、前記乾き度制御装置は、前記ガスタービンの負荷指令から蒸気圧力の静特性を求める関数発生器と、該関数発生器の出力である蒸気圧力の静特性に対して一次遅れを発生させる一次遅れ回路と、該一次遅れ回路の出力と蒸気圧力との差に応じて蒸気弁開度を制御する蒸気圧力制御器とを備えていることを特徴とする。
【００１４】
関数発生器によってガスタービン負荷指令から蒸気圧力の静特性が与えられ、一次遅れ回路により、負荷降下中の蒸気圧力は静特性より高く、また負荷上昇中の蒸気圧力は低く維持される。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の貫流型廃熱回収ボイラにおいて、前記乾き度制御装置は、前記ガスタービンの負荷指令が増加／減少している間蒸気弁開度を増加／減少させ、前記負荷指令の増加／減少が終了した後再び元の蒸気弁開度に戻す制御を行うことを特徴とする。
【００１６】
本発明においては、ガスタービンの負荷指令が降下している間、蒸気弁開度を徐々に減少させる。これにより蒸気圧力すなわち飽和温度が静特性より増加する。負荷降下が終了後、蒸気弁開度を徐々に増加させて元の開度に戻す。ガスタービン負荷指令が上昇している間は蒸気弁開度を徐々に増とする。負荷降下が終了後、蒸気弁開度を徐々に減少させて元の開度に戻す。これにより蒸気圧力すなわち飽和温度が静特性より減少する。したがって蒸発器出口乾き度の負荷変化時の一時的な上昇・降下が軽減する。
なお、蒸気弁開度を増加／減少させる際のレートと元に戻す際のレートは必ずしも一定でなくてもよく、変動するレートでもよい。またそれぞれ異なるレートであってもよい。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、請求項２または４に記載の貫流型廃熱回収ボイラにおいて、前記乾き度制御装置は、前記ガスタービンが負荷上昇中、負荷下降中、および、負荷一定のそれぞれの状態に応じた所定の蒸気弁開度目標値を設定する切り替えスイッチと、該目標値に向けて所定のレートで変化する値を出力する速度制限器と、該速度制限器の出力値と前記蒸気弁の規定開度指令とを加算して蒸気弁開度指令値とする加算器とを備えていることを特徴とする。
【００１８】
この発明においては、例えばガスタービンが負荷上昇中は＋α％、負荷下降中は−α％、負荷一定では０％が速度制限器に入力されるようにする。速度制限器は与えられた入力値を目標値として所定レートで増加または減少する値を出力する。加算器において速度制限器の出力と規定開度指令（例えばＺ％）とが足し合わされて蒸気弁に与えられる。
これにより、負荷降下中では蒸気弁開度は負荷降下前のＺ％から、負荷降下と同時にＺ−α％に向かって減少し、負荷静定と同時にＺ％に向かって増加する。逆に、負荷上昇中においては、蒸気弁開度は負荷上昇前のＺ％から、負荷上昇と同時にＺ＋α％に向かって増加し、負荷静定と同時にＺ％に向かって減少する。この蒸気弁の動作により、負荷降下中には蒸気圧力は静特性より高く、負荷上昇中には蒸気圧力は静特性より低く維持される。
【００１９】
請求項６に記載の発明は、請求項２に記載の貫流型廃熱回収ボイラにおいて、前記乾き度制御装置は、前記ガスタービンの負荷指令が増加／減少している間蒸気弁開度を増加／減少させ、前記負荷指令の増加／減少が終了した後、所定時間経過後に再び元の蒸気弁開度に戻す制御を行うことを特徴とする。
【００２０】
本発明においては、ガスタービンの負荷指令が降下している間は蒸気弁開度を徐々に減少させる。負荷降下が完了後、一定時間開度保持後に蒸気弁開度を徐々に規定開度に戻す。これにより蒸気圧力すなわち飽和温度が静特性より増加する。ガスタービン負荷指令が上昇している間は蒸気弁開度を徐々に増とし、負荷上昇が完了後、一定時間開度保持後に蒸気弁開度を徐々に規定開度に戻す。これにより蒸気圧力すなわち飽和温度が静特性より減少する。これにより蒸発器出口乾き度の負荷変化時の一時的な上昇・降下が軽減する。
蒸気弁開度を増加／減少させる際のレートと元に戻す際のレートについてそれぞれ適切な値を選択すれば、蒸発器出口乾き度の変動をより効果的に抑えることができる。
【００２１】
請求項７に記載の発明は、請求項２または６に記載の貫流型廃熱回収ボイラにおいて、前記乾き度制御装置は、ＯＦＦとなるタイミングを遅らせたガスタービンの負荷上昇中信号または降下中信号を出力とするＯＦＦディレイ回路と、該ＯＦＦディレイ回路の出力の状態に応じた所定の蒸気弁開度目標値を設定する目標値設定切り替えスイッチと、該目標値に向けて所定の変化レートで変化する値を出力する速度制限器と、該速度制限器に対して前記ＯＦＦディレイ回路の出力に応じた変化レートを与える変化レート切り替えスイッチと、前記速度制限器の出力値と前記蒸気弁の規定開度指令とを加算して蒸気弁開度指令値とする加算器とを備えていることを特徴とする。
【００２２】
この発明においては、ＯＦＦディレイ回路により以下の例のような蒸気弁開度目標値が速度制限器に入力される。
「ガスタービンの負荷上昇開始から負荷上昇終了後所定時間経過まで」は＋α％、「ガスタービンの負荷降下開始から負荷降下終了後所定時間経過まで」は−α％、「上記以外の状態」では０％が速度制限器に入力される。
速度制限器は与えられた入力値を目標値として所定レートで増加または減少する値を出力する。加算器において速度制限器の出力と規定開度指令（例えばＺ％）と足し合わされて蒸気弁に与えられる。
これにより、負荷降下中では蒸気弁開度は負荷降下前のＺ％から、負荷降下と同時にＺ−α％に向かって減少し、負荷降下が完了後、一定時間開度保持後に蒸気弁開度はＺ％に向かって増加する。逆に、負荷上昇中においては、蒸気弁開度は負荷上昇前のＺ％から、負荷上昇と同時にＺ＋α％に向かって増加し、負荷上昇が完了後、一定時間開度保持後に蒸気弁開度はＺ％に向かって減少する。この蒸気弁の動作により、負荷降下中には蒸気圧力は静特性より高く、負荷上昇中には蒸気圧力は静特性より低く維持される。
さらに変化レート切り替えスイッチの作用により、ＯＦＦディレイ回路の出力に応じて蒸気弁開度を増加／減少させる際のレートと元に戻す際のレートについてそれぞれ適切な値を選択することができる。
【００２３】
請求項８に記載の発明は、請求項１に記載の貫流型廃熱回収ボイラにおいて、前記乾き度制御装置は、ガスタービンの負荷指令が変化した場合に前記給水制御装置によって制御される給水量を一時的に増減させることで蒸発器出口乾き度の変動を抑えることを特徴とする。
【００２４】
本発明においては、給水流量を変化させることによって蒸気圧力の変動を静特性よりも抑える。すなわち、負荷上昇時には給水流量を給水制御装置出力より減少させることにより、蒸気圧力すなわち飽和温度を静特性より減少させる。また負荷降下時には給水流量を給水制御装置出力より増加させることにより、蒸気圧力すなわち飽和温度を静特性より増加させる。これにより蒸発器出口乾き度の負荷変化時の一時的な上昇／降下が軽減される。
【００２５】
請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の貫流型廃熱回収ボイラにおいて、前記乾き度制御装置は、前記ガスタービンの負荷指令から蒸気圧力の静特性を求める関数発生器と、該関数発生器の出力である蒸気圧力の静特性に対して一次遅れを発生させる一次遅れ回路と、該一次遅れ回路の出力と蒸気圧力との差に応じて給水量増減信号を出力する制御器とを備えていることを特徴とする。
【００２６】
関数発生器によってガスタービン負荷指令から蒸気圧力の静特性が与えられ、一次遅れ回路により、負荷降下中の蒸気圧力は静特性より高く、また負荷上昇中の蒸気圧力は低く維持される。
【００２７】
請求項１０に記載の発明は、請求項８に記載の貫流型廃熱回収ボイラにおいて、前記乾き度制御装置は、前記ガスタービンの負荷指令が増加／減少している間、前記給水制御装置の出力である給水流量指令値を増加／減少させ、前記負荷指令の増加／減少が終了した後再び元の給水流量指令値に戻す制御を行うことを特徴とする。
【００２８】
本発明においては、ガスタービンの負荷指令が降下している間は給水流量指令値に対して徐々に増加する増加分を加える。負荷降下が終了した後は給水流量指令に加えられていた増加分を徐々に減少させる。これにより蒸気圧力すなわち飽和温度が静特性より増加する。ガスタービン負荷指令が上昇している間は、給水流量指令値に対して徐々に減少する減少分を加える。負荷上昇が終了した後は給水流量指令に加えられていた減少分を徐々に増加させる。これにより蒸気圧力すなわち飽和温度が静特性より減少する。これにより蒸発器出口乾き度の負荷変化時の一時的な上昇・降下が軽減する。
なお、給水流量指令値を増加／減少させる際のレートと元に戻す際のレートは必ずしも一定でなくてもよく、変動するレートでもよい。またそれぞれ異なるレートであってもよい。
【００２９】
請求項１１に記載の発明は、請求項８または１０に記載の貫流型廃熱回収ボイラにおいて、前記乾き度制御装置は、前記ガスタービンが負荷上昇中、負荷下降中、および、負荷一定のそれぞれの状態に応じた所定の給水増減目標値を設定する切り替えスイッチと、該目標値に向けて所定のレートで変化する値を出力する速度制限器と、該速度制限器の出力値と前記給水制御装置の出力とを加算して給水流量指令値とする加算器とを備えていることを特徴とする。
【００３０】
この発明においては、例えばガスタービンが負荷上昇中は−γＴ／Ｈ、負荷下降中は＋γＴ／Ｈ、負荷一定では０Ｔ／Ｈが速度制限器に入力されるようにする。速度制限器は与えられた入力値を目標値として所定レートで減少または増加する値を出力する。加算器において速度制限器の出力と給水制御装置の出力とが足し合わされて蒸気弁に与えられる。
これにより、負荷降下中では給水流量は所定レートで「給水制御装置の出力＋γＴ／Ｈ」に向かって増加し、負荷静定と同時に給水制御装置の出力に向かって所定レートで減少する。逆に、負荷上昇中においては、所定レートで「給水制御装置の出力−γＴ／Ｈ」に向かって減少し、負荷静定と同時に給水制御装置の出力に向かって所定レートで増加する。この動作により、負荷降下中には蒸気圧力は静特性より高く、負荷上昇中には蒸気圧力は静特性より低く維持される。
【００３１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、上記従来の貫流型廃熱回収ボイラと同一の構成については同一の符号を用い、その説明を省略した。また、以下の各実施形態では高圧系について記載しているが、中圧系および低圧系にもそれぞれ適用できる。
【００３２】
＜第１実施形態＞
図１は本発明の第１の実施形態として示した貫流型廃熱回収ボイラの構成図である。本実施形態においては、従来の制御系に加えて、高圧蒸気弁３６にて高圧蒸気圧力をＰＩＤ制御する乾き度制御装置３７を備えている。
乾き度制御装置３７は以下の構成を備えている。符号４０は負荷指令３２の出力信号を入力信号とする関数発生器、符号４１は関数発生器４０の出力信号を入力とする一次遅れ回路、符号４２は一方の入力を一次遅れ回路４１の出力信号とし、他方の入力信号を圧力検出器４３により検出された過熱器２２出口の高圧蒸気圧力とする減算器である。また、符号４４は減算器４２の出力信号を入力とするＰＩＤ制御器（蒸気圧力制御器）である。関数発生器４０は、高圧蒸気圧力の静特性を与える関数であり、一次遅れ回路４１を設けることにより、負荷降下中の高圧蒸気圧力は静特性より高く、また負荷上昇中の高圧蒸気圧力は低く維持することができる。
本構成によれば、関数発生器４０によって負荷指令３２から高圧蒸気圧力の静特性が与えられ、一次遅れ回路４１により静特性に対する遅れが与えられる。そして減算器４２において高圧蒸気圧力との差が求められ、この差に基づいてＰＩＤ制御回路４４が高圧蒸気弁３６に高圧蒸気開度指令値を与え、高圧蒸気の圧力が制御される。
【００３３】
貫流型廃熱回収ボイラでは、負荷が降下する場合は蒸気圧力は減少し、蒸発器２１での飽和温度も減少する。このとき蒸発器２１の鋼材温度は熱容量のためすぐに降下せず、静特性より多くの熱が流体側に移動する。この結果従来においては蒸発器２１出口の乾き度は一時的に上昇する。
本実施形態においては、負荷降下時に蒸気圧力すなわち飽和温度を静特性より高くし、この一時的な乾き度の上昇を抑えることにより、蒸発器２１出口乾き度の過渡的変動幅を従来より軽減させることができる。負荷が増加する場合はその反対の操作により蒸発器出口乾き度の過渡的変動幅を軽減させることができる。
すなわち、負荷上昇時には蒸気弁３６を規定開度より増加させることにより、蒸気圧力すなわち飽和温度を静特性より減少させる。また負荷降下時には蒸気弁３６を規定開度より減少させることにより、蒸気圧力すなわち飽和温度を静特性より増加させる。このようにして蒸発器２１出口乾き度の負荷変化時の一時的な上昇／降下を軽減できる。
【００３４】
図２〜図５は本実施形態による効果を検証するため実施した計算機シミュレーション結果である。図２は発電機負荷指令変化量、図３は高圧蒸気弁開度変化量、図４は高圧蒸気圧力変化量、図５は蒸発器出口乾き度変化量である。
図６は従来技術によるシミュレーションに用いた制御系、図７は本実施形態によるシミュレーションに用いた制御系である。本シミュレーションでは蒸発器出口乾き度が計測できるものとして、図６の従来技術の制御系に対して本実施形態の乾き度制御装置３７を付加した制御系（図７）をシミュレーションしたが、効果の検証に対してこの実機との相違は本質ではない。図６および図７では、減算器３８により蒸発器出口乾き度と乾き度設定値Ｙ％との差を求め、この差に基づいてＰＩＤ制御装置３９が給水バルブ１５に給水流量指令を与えて給水制御するように構成されている。従来の制御系による給水制御のＰＩＤパラメータと本実施形態での給水制御のＰＩＤパラメータの値は同一である。
図２〜図５中の（０）は従来の制御系のシミュレーション結果、（１）は第１実施形態のシミュレーション結果である。図５の（０）と（１）の比較より蒸発器出口乾き度の変化量は従来に比べ第１実施形態では約３／４に軽減されていることがわかる。
【００３５】
以上のように、本実施形態においては蒸発器２１出口の乾き度の変動を抑えることで、給水から過熱蒸気生成に至る加熱経路上での流動性が不安定になるのを防止し、かつ蒸発器部材の焼損を防止することができる。
【００３６】
＜第２実施形態＞
図８は本発明の第２実施形態に係る貫流型廃熱回収ボイラである。本実施形態においても従来の制御系が併用されるが従来の制御部の記載は割愛している。
本実施形態においては乾き度制御装置４５として、以下の構成を備えている。符号４６，４７はそれぞれガスタービンの負荷上昇中信号と負荷下降中信号が入力され、これら入力値に応じて出力値が切り替えられる切り替えスイッチであり、符号４８は入力された値を目標値として一定レートで変化する値を出力する速度制限器である。また符号４９は加算器である。
切り替えスイッチ４６は、＋α％と０％の二つの定数が入力され、負荷上昇中の信号がＯＮの場合はａ側が選択されて＋α％が出力される。また、ＯＦＦの場合はｂ側が選択されて０％が出力される。切り替えスイッチ４６の出力が次段の切り替えスイッチ４７のｂ側へ入力される。切り替えスイッチ４７のａ側には定数−α％が入力されている。この切り替えスイッチ４７では、負荷降下中の信号がＯＮの時ａ側が選択され、ＯＦＦの時はｂ側が選択される。この切り替えスイッチ４７の出力が速度制限器４８に対して目標値として入力される。速度制限器４８の出力信号が加算器４９にて定数Ｚ％に足し合わされ、その出力が高圧蒸気弁３６の開度指令値となる。定数Ｚ％は従来例で用いられている規定開度である。
【００３７】
本実施形態においては、例えば負荷降下中では速度制限器４８の出力は−α％に向けて一定レートで減少し、負荷が静定したと同時に速度制限器４８の出力は同じレートで０％まで戻る。したがって、高圧蒸気弁開度は負荷降下前のＺ％から、負荷降下と同時にＺ−α％に向かって減少し、負荷静定と同時にＺ％に向かって増加する。逆に、負荷上昇中においては、高圧蒸気弁開度は負荷上昇前のＺ％から、負荷上昇と同時にＺ＋α％に向かって増加し、負荷静定と同時にＺ％に向かって減少する。この高圧蒸気弁の動作により、負荷降下中に高圧蒸気圧力を静特性より高く、負荷上昇中には高圧蒸気圧力を静特性より低く維持することができる。
【００３８】
本実施形態においても第１実施形態と同様に計算機シミュレーションを行った。図示は省略したが、図６に示した従来の制御系に対して本実施形態の乾き度制御装置４５を適用した制御系をシミュレーションした。従来の制御系による給水制御のＰＩＤパラメータと本実施形態での給水制御のＰＩＤパラメータの値は同一である。
図２〜図５の（２）は本実施形態のシミュレーション結果である。図５からわかるように、第１実施形態と同様に蒸発器出口乾き度の変化量は従来に比べ約３／４に軽減されていることがわかる。
【００３９】
このように、本実施形態においては負荷上昇時には蒸気弁３６を規定開度より増加させることにより、蒸気圧力すなわち飽和温度を静特性より減少させる。また負荷降下時には蒸気弁３６を規定開度より減少させることにより、蒸気圧力すなわち飽和温度を静特性より増加させる。このようにして蒸発器２１出口乾き度の負荷変化時の一時的な上昇／降下を軽減できる。
以上のように、本実施形態においては蒸発器２１出口の乾き度の変動を抑えることで、給水から過熱蒸気生成に至る加熱経路上での流動性が不安定になるのを防止し、かつ蒸発器部材の焼損を防止することができる。
【００４０】
＜第３実施形態＞
図９に示したものは第３実施形態に係る貫流型廃熱回収ボイラである。本実施形態でも従来の制御器が併用されるが従来の制御部の記載は割愛している。
本実施形態においては乾き度制御装置５０として、以下の構成を備えている。上記第２実施形態と同様に、２カ所の切り替えスイッチ（目標値設定切り替えスイッチ）４６，４７と速度制限器４８、および加算器４９を備えている。これらは第２実施形態と全く同一であるので説明を省略する。またこれらの入力信号も第２実施形態とほぼ同一である。上記第２実施形態との相違点は２カ所の切り替えスイッチ４６，４７の切り替え条件と速度制限器４８のレートを条件により変えている点である。
負荷上昇中の信号、および、負荷降下中の信号は、それぞれＯＦＦディレイ回路５１，５２を経て切り替えスイッチ４６，４７の入力信号として入力されている。また、ＯＦＦディレイ回路５１，５２の出力はＯＲ回路５３に入力され、ＯＲ回路５３出力が変化レート切り替えスイッチ５４に入力される。変化レート切り替えスイッチ５４には、定数β_１及びβ_２が入力され、ＯＲ回路５３の出力信号がＯＮの時β_１が、またＯＦＦの時β_２が選択され、速度制限器４８に対して出力信号の変化レートを与える。
【００４１】
本実施形態においては、例えば負荷降下中では速度制限器４８の出力は−α％に向けて一定レートβ_１で減少し、負荷が静定した後、ＯＦＦディレイ回路５２によって与えられた所定ディレイ後にレートβ_２で０％まで戻る。したがって、高圧蒸気弁開度は負荷降下前のＺ％から、負荷降下と同時にＺ−α％に向かってレートβ_１で減少し、負荷静定後、所定ディレイ後にＺ％に向かってレートβ_２で増加する。逆に、負荷上昇中においては、高圧蒸気弁開度は負荷上昇前のＺ％から、負荷上昇と同時にＺ＋α％に向かってレートβ_１で増加し、負荷静定後、ＯＦＦディレイ回路５１によって与えられた所定ディレイ後にＺ％に向かってレートβ_２で減少する。
すなわち、ＯＦＦディレイ回路５１，５２により負荷降下・上昇が完了後、一定時間開度保持後に高圧蒸気弁開度を規定開度に戻すとともに、高圧蒸気弁の規定開度に戻るレートと、負荷降下・上昇中の開度増減レートとを適切なレートに変えることにより、蒸発器出口乾き度の変動をより効果的に抑えたものである。
【００４２】
本実施形態においても第１実施形態と同様に計算機シミュレーションを行った。図示は省略したが、図６に示した従来の制御系に対して本実施形態の乾き度制御装置５０を適用した制御系についてシミュレーションした。従来の制御系による給水制御のＰＩＤパラメータと本実施形態での給水制御のＰＩＤパラメータの値は同一である。
図２〜図５の（３）は本実施形態のシミュレーション結果である。図５において、第２実施形態のシミュレーション結果（２）では負荷降下の終了時点（１０分）より蒸発器出口乾き度が上昇していることがわかる。これは負荷降下終了後の高圧蒸気弁開度の復帰が早すぎ、したがって圧力低下が早すぎるためである。本実施形態でのシミュレーション結果（３）では、蒸発器出口乾き度の変化量の最大値は従来に比べ約１／２に軽減されていることがわかる。また、負荷静定後の蒸発器出口乾き度変動のアンダーシュート量も減少していることがわかる。
【００４３】
このように、本実施形態においては負荷上昇時には蒸気弁３６を規定開度より増加させることにより、蒸気圧力すなわち飽和温度を静特性より減少させる。また負荷降下時には蒸気弁３６を規定開度より減少させることにより、蒸気圧力すなわち飽和温度を静特性より増加させる。このようにして蒸発器２１出口乾き度の負荷変化時の一時的な上昇／降下を軽減できる。
以上のように、本実施形態においては蒸発器２１出口の乾き度の変動を抑えることで、給水から過熱蒸気生成に至る加熱経路上での流動性が不安定になるのを防止し、かつ蒸発器部材の焼損を防止することができる。
【００４４】
＜第４実施形態＞
図１０は第４実施形態としての貫流型廃熱回収ボイラである。上記第１〜第３実施形態の貫流型廃熱回収ボイラが高圧蒸気弁開度制御により高圧蒸気圧力を操作したのに対して、本実施形態では給水流量を制御して高圧蒸気圧力を操作するものである。
本実施形態においては乾き度制御装置５５として、以下の構成を備えている。本実施形態では上記第１実施形態と同様に関数発生器４０，一次遅れ回路４１，、減算器４２、および圧力検出器４３を備えており、共通する部分については同一の符号を用いて説明を省略する。図において、符号５６は減算器４２の出力である高圧蒸気圧力偏差に対して比例制御する比例制御器（制御器）であり、符号５７は比例制御器５６の出力信号と、従来の給水流量指令を算出しているＰＩＤ制御器３５の出力信号とを加算する加算器である。加算器５７の出力が給水流量指令となって給水ポンプ１５に与えられ、給水量が制御される。また高圧蒸気圧力弁３６には規定開度のＺ％が与えられている。
【００４５】
本実施形態においては負荷上昇時には給水流量を従来のＰＩＤ制御器３５出力より減少させることにより、蒸気圧力すなわち飽和温度を静特性より減少させる。また負荷降下時には給水流量を従来のＰＩＤ制御器３５より増加させることにより、蒸気圧力すなわち飽和温度を静特性より増加させる。これにより蒸発器２１出口乾き度の負荷変化時の一時的な上昇／降下を軽減できる。
以上のように、本実施形態においては蒸発器２１出口の乾き度の変動を抑えることで、給水から過熱蒸気生成に至る加熱経路上での流動性が不安定になるのを防止し、かつ蒸発器部材の焼損を防止することができる。また、蒸気圧力を下げないことにより発電出力に与える影響が少ない。
【００４６】
＜第５実施形態＞
図１１に示したものは第５実施形態に係る貫流型廃熱回収ボイラである。本実施形態においては乾き度制御装置５８として、負荷上昇中信号および負荷降下中信号がそれぞれ入力される切り替えスイッチ５９，６０と、入力された値を目標値として一定レートで変化する値を出力する速度制限器６１と、該速度制限器６１の出力とＰＩＤ制御器３５の出力とを加算する加算器６２とを備えている。
上段の切り替えスイッチ５９には二つの定数０Ｔ／Ｈと−γＴ／Ｈの信号が入力される。この切り替えスイッチ５９は負荷上昇中の信号がＯＮのときはａ側の−γＴ／Ｈを、ＯＦＦのときはｂ側の０Ｔ／Ｈを出力する。上段の切り替えスイッチ５９の出力が下段の切り替えスイッチ６０のｂ側に入力される。切り替えスイッチ６０のａ側には＋γＴ／Ｈが入力される。この切り替えスイッチ６０は、負荷降下中の信号がＯＮのときａ側の＋γＴ／Ｈを、ＯＦＦのとき上段の切り替えスイッチ５９の出力信号を出力する。下段の切り替えスイッチ６０の出力が速度制限器６１に入力され、速度制限器６１の出力が従来の給水流量指令であるＰＩＤ制御器３５の出力とともに加算器６２に入力され、加算器６２の出力が給水流量指令となって給水ポンプ１５に与えられ、給水量が制御される。
このように構成されていることにより、本実施形態においては、負荷降下中では給水流量は所定レートで「ＰＩＤ制御器３５の出力＋γＴ／Ｈ」に向かって増加し、負荷静定と同時にＰＩＤ制御器３５の出力に向かって所定レートで減少する。逆に、負荷上昇中においては、所定レートで「ＰＩＤ制御器３５の出力−γＴ／Ｈ」に向かって減少し、負荷静定と同時にＰＩＤ制御器３５の出力に向かって所定レートで増加する。この動作により、負荷降下中には蒸気圧力は静特性より高く、負荷上昇中には蒸気圧力は静特性より低く維持される。
【００４７】
このように、本実施形態においては負荷上昇時には給水流量を従来のＰＩＤ制御器３５出力より減少させることにより、蒸気圧力すなわち飽和温度を静特性より減少させる。また負荷降下時には給水流量を従来のＰＩＤ制御器３５より増加させることにより、蒸気圧力すなわち飽和温度を静特性より増加させる。これにより蒸発器２１出口乾き度の負荷変化時の一時的な上昇／降下を軽減できる。
以上のように、本実施形態においては蒸発器２１出口の乾き度の変動を抑えることで、給水から過熱蒸気生成に至る加熱経路上での流動性が不安定になるのを防止し、かつ蒸発器部材の焼損を防止することができる。また、蒸気圧力を下げないことにより発電出力に与える影響が少ない。
【００４８】
なお、上記各実施形態においては、以下の特徴を有する。
高圧蒸気弁の操作により高圧タービン蒸気流量が変化するが、例えば高圧蒸気弁が規定開度より減少した場合、高圧蒸気圧力が上昇するため、結局高圧タービン蒸気流量の流動はさほど大きくはならない。
また、圧力設定値や強制増減操作は負荷静定時には元に戻し、結果従来の制御と何ら変化がないため、負荷静定後の高圧蒸気弁開度や給水流量、および高圧蒸気圧力、発電機出力の各状態量は従来の状態量と全く同一である。
第４、５実施形態は、従来の給水流量による過熱器２２ａ出口蒸気温度制御に、蒸気圧力制御の補正が加わる形である。従来の制御方式では負荷降下時の蒸発器出口乾き度は一時的な上昇、また負荷増加時の蒸発器出口乾き度は一時的な減少となる。これに対して、第４，５実施形態においては蒸気圧力を操作する目的で給水流量を制御するが、負荷降下時には給水流量は従来の方式より増加の方向であり、また負荷増加時には給水流量は従来の方式より減少の方向であり、いずれも従来の制御による給水流量を助成する方向である（従来の制御の外乱とはならない）。
【００４９】
また、以上の各実施形態は図１４の制御系に対して本発明を適用しているが、本発明を適用する従来の制御系はこれに限定されるものではない。たとえば、図１２の制御系に対して適用しても良い。
符号６５は負荷指令に基づいて給水先行設定を算出する関数演算器である。この関数演算器６５は、予め決められた負荷におけるガス側と水・蒸気側との熱バランスにて、蒸発器２１出口にて適切な乾き度になる給水流量を算出する。（本設定は、予め設計計画および燃焼試験等により準備される関数である。）
また、給水先行設定は、加算器６６にてＰＩＤ制御器３５で算出された給水流量指令と足し合わされた後、図１４の制御系と同様に給水ポンプ１５に出力される。
本回路によって、負荷に見合った給水がボイラに対してなされ、図１４における温度偏差のずれを修正するように、制御器３５が動く。したがって、制御器３５の制御感度（ゲイン）を大きくすることができ、温度変化に対する追従性がより向上してより安定したボイラの運転が可能となる。
【００５０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば以下の効果を得ることができる。
請求項１に記載の発明によれば、蒸発器出口乾き度の過渡的変動幅を抑えることにより、給水から過熱蒸気生成に至る加熱経路上での流動性が不安定になるのを防止し、かつ蒸発器部材の焼損を防止することができる。
請求項２〜７の発明によれば、負荷上昇時には蒸気弁を規定開度より増加させることにより、蒸気圧力すなわち飽和温度を静特性より減少させる。また負荷降下時には蒸気弁を規定開度より減少させることにより、蒸気圧力すなわち飽和温度を静特性より増加させることにより蒸発器出口乾き度の負荷変化時の一時的な上昇／降下を軽減できる。したがって給水から過熱蒸気生成に至る加熱経路上での流動性が不安定になるのを防止し、かつ蒸発器部材の焼損を防止することができる。
請求項８〜１１の発明によれば、負荷上昇時には給水流量を従来の過熱器出口蒸気温度制御器出力より減少させることにより、蒸気圧力すなわち飽和温度を静特性より減少させる。また負荷降下時には給水流量を従来の過熱器出口蒸気温度制御器出力より増加させることにより、蒸気圧力すなわち飽和温度を静特性より増加させる。これによって蒸発器出口乾き度の負荷変化時の一時的な上昇／降下を軽減できる。したがって給水から過熱蒸気生成に至る加熱経路上での流動性が不安定になるのを防止し、かつ蒸発器部材の焼損を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態として示した貫流型廃熱回収ボイラの制御系を示した図である。
【図２】各実施形態の計算機シミュレーション結果であり、発電機負荷指令変化量について示した図である。
【図３】各実施形態の計算機シミュレーション結果であり、高圧蒸気弁開度変化量について示した図である。
【図４】各実施形態の計算機シミュレーション結果であり、高圧蒸気圧力変化量について示した図である。
【図５】各実施形態の計算機シミュレーション結果であり、蒸発器出口乾き度変化量について示した図である。
【図６】計算機シミュレーションに用いた従来の制御系である。
【図７】計算機シミュレーションに用いた第１実施形態に相当する制御系である。
【図８】本発明の第２実施形態として示した貫流型廃熱回収ボイラの制御系を示した図である。
【図９】本発明の第３実施形態として示した貫流型廃熱回収ボイラの制御系を示した図である。
【図１０】本発明の第４実施形態として示した貫流型廃熱回収ボイラの制御系を示した図である。
【図１１】本発明の第５実施形態として示した貫流型廃熱回収ボイラの制御系を示した図である。
【図１２】本発明の各実施形態の変形例として適用可能な従来の貫流型廃熱回収ボイラの制御系を示した図である。
【図１３】ガスタービンと、従来の貫流型廃熱回収ボイラの構成とを示した概略図である。
【図１４】従来の貫流型廃熱回収ボイラの制御系について示した図である。
【符号の説明】
３２ 負荷指令
３６ 高圧蒸気弁
３７ 乾き度制御装置
４０ 関数発生器
４１ 一次遅れ回路
４２ 減算器
４４ ＰＩＤ制御器
４５ 乾き度制御装置
４６、４７ 切り替えスイッチ（目標値設定切り替えスイッチ）
４８ 速度制限器
４９ 加算器
５０ 乾き度制御装置
５１、５２ ＯＦＦディレイ回路
５４ 変化レート切り替えスイッチ
５５ 乾き度制御装置
５６ 比例制御器
５９，６０ 切り替えスイッチ
６１ 速度制限器
６２ 加算器[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a once-through waste heat recovery boiler, and more particularly, to a control device for a once-through waste heat recovery boiler that generates superheated steam using heat of gas discharged from a gas turbine or the like.
[0002]
[Prior art]
FIG. 13 shows a schematic configuration of a once-through waste heat recovery boiler. In the drawing, reference numeral 1 denotes a gas turbine, and reference numeral 2 denotes a once-through waste heat recovery boiler.
The gas turbine 1 includes an air compressor 3 that compresses air, a combustor 4 that burns fuel using the compressed air, a turbine 5 that is driven by introducing gas expanded and burned in the combustor 4, which will be described later. The turbine includes a turbine 6 into which steam from the once-through waste heat recovery boiler 2 is introduced, and a generator 7 that generates power from the rotational energy of the turbine 5 and the turbine 6. Fuel is supplied to the combustor 4 through a governor valve 8. When a load command (power generation device command) is input, the governor valve 8 is adjusted to an opening corresponding to the command value.
The once-through waste heat recovery boiler 2 includes a casing 11 for guiding the exhaust gas G of the gas turbine 1 from below to above, a economizer 20 arranged in the casing 11 in order from top to bottom, and an evaporator 20. It comprises a water heater 21 and a superheater 22, and a water supply pump 15 installed outside the casing 11 to supply water W to the economizer 20. The economizer 20, the evaporator 21 and the superheater 22 are configured to form a continuous flow path via a connection between the economizer 20 and the evaporator 21.
The economizer 20 serves to preheat the feedwater W through the interior thereof. The evaporator 21 serves to heat the feedwater W from the economizer 20 to evaporate the steam S. Serves to further heat the steam S from the evaporator 21 to generate superheated steam SS.
[0003]
The once-through type waste heat recovery boiler does not include a drum that separates brackish water for the purpose of cost reduction, unlike a normal waste heat recovery boiler. For this reason, the outlet of the evaporator 21 maintains the saturation temperature, and a large amount of drain (saturated water) must not flow into the superheater 22. If the outlet of the evaporator 21 reaches superheated steam, there is a problem in the material of the evaporator 21, and if the dryness of the outlet of the evaporator 21 is small, too much saturated water flows into the superheater 22. The problem of flow instability occurs.
[0004]
For this reason, in the technique described in Japanese Patent Application No. 2002-171765, the dryness at the evaporator outlet is controlled to a constant value by controlling the flow rate of the water supply.
FIG. 14 shows a control system of the once-through type waste heat recovery boiler. The economizer 20 includes three economizers 20a, 20b, and 20c, and the superheater 22 includes three superheaters 22a, 22b, and 22c.
The following configuration is provided as the water supply control device 25 in the once-through waste heat recovery boiler. Reference numeral 31 denotes a temperature detecting means for detecting the outlet steam temperature of the superheater 22a. Reference numeral 33 denotes a function calculator (steam temperature setting calculator) that calculates the steam temperature setting based on the load command 32 to the governor valve 8 (see FIG. 13). Reference numeral 34 denotes a deviation calculator for calculating a deviation between the steam temperature detected by the temperature detector 31 and the steam temperature setting calculated by the function calculator 33. The deviation calculated by the deviation calculator 34 is given to a PID controller indicated by a reference numeral 35, and the PID controller 35 controls the water supply flow rate so as to control the outlet steam temperature of the superheater 22a to the steam temperature setting. Is output to the water supply pump 15. In the water supply pump 15, the amount of water supply corresponding to the output of the PID controller 35 is supplied to the boiler by controlling the pump rotation speed or the opening of a water supply control valve installed at the pump outlet. That is, it includes a function of following a given water supply flow rate command, and includes a control function or a control device.
The steam temperature setting calculated by the function calculator 33 is based on the heat balance between the gas side and the water / steam side at a predetermined load, and the temperature rise from steam to superheated steam while passing through the superheater 22a. This is an expected steam temperature setting. (The function used for calculation in the function calculator 33 is a function prepared in advance by a setting plan and a combustion test.)
Reference numeral 36 denotes a high-pressure steam valve, and the steam pressure is determined without particular control except in the case of an abnormality or when the plant is started or stopped, and the high-pressure steam valve 36 remains constant at a specified opening Z%. is there.
In addition, the said water supply control apparatus is applicable not only to a high-pressure system but to a medium-pressure system and a low-pressure system.
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Publication No. 8-23406
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional once-through waste heat recovery boiler configured as described above, the steam temperature at the outlet of the superheater 22a is compared with the steam temperature setting, and the dryness at the outlet of the evaporator 21 is controlled by controlling the water supply pump 15. Is controlling.
That is, since there is no means for directly measuring the degree of dryness at the outlet of the evaporator 21, the amount of heat absorbed by the superheater 22a is determined in advance, and the degree of dryness of the evaporator 21 is kept constant. The function of the setting is created, and the feedwater flow rate is controlled so as to obtain the main temperature. The amount of heat absorbed by the superheater 22a is obtained as static characteristics from static characteristic data of an actual machine at some boiler loads.
The most general and versatile control method of feedwater flow rate control based on the outlet temperature of the superheater 22a is PID control.
[0007]
According to this conventional technology, the amount of heating in the superheater 22a is expressed as a function in a static manner, and the amount of water supplied is controlled so that the amount of heating becomes appropriate in the superheater 22a when the load command fluctuates. However, for example, when the load drops, the steam pressure decreases, so that the saturation temperature in the evaporator 21 also decreases. At this time, the temperature of the steel material of the evaporator 21 does not immediately change due to the heat capacity, and more heat moves to the fluid side than the static characteristics. As a result, the dryness at the outlet of the evaporator temporarily increases. That is, after the temperature at the evaporator outlet changes, the temperature of the superheated steam changes with a delay, and during this time, the dryness varies.
Even if the static characteristic and the dynamic characteristic of the amount of heat absorbed in the primary superheater 22a match, actually, the PID parameter of the water supply control is made sufficiently large in order to prevent the hunting phenomenon of the control accompanying the operation delay of the water supply pump 15. It is not possible.
As described above, the conventional dryness control at the evaporator outlet by the feedwater flow rate has room for further improvement in accuracy.
[0008]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and by keeping the evaporator outlet dryness constant, it is possible to prevent the fluidity on the heating path from water supply to generation of superheated steam from becoming unstable. It is another object of the present invention to provide a once-through type waste heat recovery boiler that can prevent burnout of an evaporator member.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The invention described in claim 1 is an energy-saving device that receives water supply and preheats the water supply in a casing that guides exhaust gas discharged from another device, and heats the water supply from the energy-saving device to generate steam. A once-through waste heat recovery boiler comprising an evaporator for generating steam, a superheater for further heating the steam from the evaporator to generate superheated steam, and a steam valve for adjusting the steam pressure. A feedwater control device that controls the feedwater flow rate so as to suppress fluctuations in the dryness of steam at the evaporator outlet based on the temperature of the evaporator outlet; and A dryness control device for suppressing a transient fluctuation range.
[0010]
In the once-through type waste heat recovery boiler, when the calorific value of the exhaust gas of another device (for example, when the other device is a gas turbine, the gas turbine load) drops, the steam pressure decreases, and the saturation temperature in the evaporator also decreases. . At this time, the temperature of the steel material of the evaporator does not immediately decrease due to the heat capacity, and more heat moves to the fluid side than the static characteristics. As a result, the dryness at the outlet of the evaporator temporarily increases. In the present invention, this temporary increase in dryness is suppressed by making the steam pressure, that is, the saturation temperature higher than the static characteristic at the time of load reduction, and the transient fluctuation width of the evaporator outlet dryness is reduced as compared with the conventional case. When the load increases, the reverse operation is performed to reduce the transient fluctuation width of the evaporator outlet dryness.
Further, as the water supply control device, as in the prior art example of FIG. 14, a temperature detecting means for detecting the temperature of the superheated steam and a steam temperature setting based on a load command of the gas turbine as the other device are calculated. A steam temperature setting calculator, and a controller that generates a feed water flow rate command based on a deviation between the superheated steam temperature and the steam temperature setting, wherein the feed water flow rate is controlled based on the feed water flow rate command. can do.
[0011]
According to a second aspect of the present invention, in the once-through type waste heat recovery boiler according to the first aspect, a gas turbine is provided as the other device, and the dryness control device increases a load command of the gas turbine. In the case of a decrease, a control for temporarily decreasing / increasing the opening of the steam valve is performed.
[0012]
If the load command of the gas turbine drops, the opening of the steam valve is reduced. As a result, the steam pressure, that is, the saturation temperature increases from the static characteristic. When the gas turbine load command increases, the opening of the steam valve is increased. As a result, the steam pressure, that is, the saturation temperature is reduced from the static characteristic. As a result, temporary rise and fall of the evaporator outlet dryness when the load changes are reduced.
[0013]
According to a third aspect of the present invention, in the once-through type waste heat recovery boiler according to the second aspect, the dryness control device obtains a static characteristic of steam pressure from a load command of the gas turbine; A first-order lag circuit for generating a first-order lag with respect to the static characteristic of the steam pressure which is the output of the function generator, and steam pressure control for controlling the opening of the steam valve according to the difference between the output of the first-order lag circuit and the steam pressure And a container.
[0014]
The function generator gives the static characteristics of the steam pressure from the gas turbine load command, and the first-order lag circuit keeps the steam pressure during the load drop higher than the static characteristics and the steam pressure during the load rise low.
[0015]
According to a fourth aspect of the present invention, in the once-through type waste heat recovery boiler according to the second aspect, the dryness control device increases the steam valve opening while the load command of the gas turbine increases / decreases. / Reduction, and after the increase / decrease of the load command is completed, control for returning to the original steam valve opening degree is performed.
[0016]
In the present invention, the steam valve opening is gradually reduced while the load command of the gas turbine is falling. As a result, the steam pressure, that is, the saturation temperature increases from the static characteristic. After the end of the load drop, the opening of the steam valve is gradually increased and returned to the original opening. While the gas turbine load command is increasing, the opening of the steam valve is gradually increased. After the end of the load drop, the opening of the steam valve is gradually reduced to return to the original opening. As a result, the steam pressure, that is, the saturation temperature is reduced from the static characteristic. Therefore, the temporary rise / fall of the evaporator outlet dryness when the load changes is reduced.
Note that the rate at which the steam valve opening is increased / decreased and the rate at which the steam valve opening is restored are not necessarily constant, and may be fluctuating rates. Further, the rates may be different from each other.
[0017]
According to a fifth aspect of the present invention, in the once-through type waste heat recovery boiler according to the second or fourth aspect, the dryness control device is configured such that the load of the gas turbine is increasing, the load is decreasing, and the load is constant. A changeover switch for setting a predetermined steam valve opening target value in accordance with the state of, a speed limiter that outputs a value that changes at a predetermined rate toward the target value, an output value of the speed limiter, An adder for adding the specified opening command of the steam valve and a steam valve opening command value.
[0018]
In the present invention, for example, + α% is input to the speed limiter when the load of the gas turbine is increasing, −α% when the load is decreasing, and 0% when the load is constant. The speed limiter outputs a value that increases or decreases at a predetermined rate with a given input value as a target value. In the adder, the output of the speed limiter and the specified opening degree command (for example, Z%) are added and given to the steam valve.
Thus, during the load drop, the opening degree of the steam valve decreases from Z% before the load drop toward Z-α% at the same time as the load drop, and increases toward Z% at the same time as the load stabilization. Conversely, during a load increase, the steam valve opening increases from Z% before the load increase toward Z + α% simultaneously with the load increase, and decreases toward Z% simultaneously with the load stabilization. By the operation of the steam valve, the steam pressure is maintained higher than the static characteristic during the load decrease, and is maintained lower than the static characteristic during the load increase.
[0019]
According to a sixth aspect of the present invention, in the once-through type waste heat recovery boiler according to the second aspect, the dryness control device increases the steam valve opening while the load command of the gas turbine increases / decreases. / After the completion of the increase / decrease of the load command, a control to return to the original steam valve opening again after a predetermined time has elapsed.
[0020]
In the present invention, the steam valve opening is gradually reduced while the load command of the gas turbine is falling. After the load reduction is completed, the opening of the steam valve is gradually returned to the specified opening after the opening is maintained for a certain period of time. As a result, the steam pressure, that is, the saturation temperature increases from the static characteristic. While the gas turbine load command is increasing, the opening of the steam valve is gradually increased, and after the completion of the load increase, the opening of the steam valve is gradually returned to the specified opening after the opening is maintained for a certain period of time. As a result, the steam pressure, that is, the saturation temperature is reduced from the static characteristic. As a result, temporary rise and fall of the evaporator outlet dryness when the load changes are reduced.
By selecting appropriate values for the rate at which the steam valve opening is increased / decreased and the rate at which the steam valve opening is restored, fluctuations in the evaporator outlet dryness can be more effectively suppressed.
[0021]
According to a seventh aspect of the present invention, in the once-through type waste heat recovery boiler according to the second or sixth aspect, the dryness control device is configured to provide a signal during a load increase or a signal during a descent of a gas turbine whose turn-off timing is delayed. An OFF delay circuit, an output of the OFF delay circuit, a target value setting changeover switch for setting a predetermined steam valve opening target value according to the output state of the OFF delay circuit, and a change at a predetermined change rate toward the target value. A speed limiter for outputting a value to be changed, a change rate changeover switch for giving a change rate to the speed limiter according to the output of the OFF delay circuit, an output value of the speed limiter and a specified opening of the steam valve. And an adder for adding the degree command to the steam valve opening degree command value.
[0022]
According to the present invention, the steam valve opening target value as shown in the following example is input to the speed limiter by the OFF delay circuit.
"From the start of the load increase of the gas turbine to the lapse of a predetermined time after the end of the load increase" is + α%, and "From the start of the load decrease of the gas turbine to the lapse of the predetermined time after the end of the load decrease" is -α%. 0% is input to the speed limiter.
The speed limiter outputs a value that increases or decreases at a predetermined rate with a given input value as a target value. In the adder, the output of the speed limiter and the specified opening degree command (for example, Z%) are added and given to the steam valve.
Thus, during the load drop, the steam valve opening decreases from Z% before the load drop to Z-α% at the same time as the load drop, and after the load drop is completed, the steam valve opening is maintained for a certain period of time. Increases towards Z%. Conversely, during a load increase, the steam valve opening increases from Z% before the load increase to Z + α% simultaneously with the load increase. Decreases towards Z%. By the operation of the steam valve, the steam pressure is maintained higher than the static characteristic during the load decrease, and is maintained lower than the static characteristic during the load increase.
Further, by the action of the change rate changeover switch, it is possible to select appropriate values for the rate at which the steam valve opening is increased / decreased and the rate at which the steam valve opening is restored according to the output of the OFF delay circuit.
[0023]
The invention according to claim 8 is the once-through waste heat recovery boiler according to claim 1, wherein the dryness control device is controlled by the water supply control device when a load command of the gas turbine changes. Is characterized by temporarily increasing or decreasing the amount of water, thereby suppressing fluctuations in the evaporator outlet dryness.
[0024]
In the present invention, the fluctuation of the steam pressure is suppressed more than the static characteristic by changing the flow rate of the feed water. That is, when the load increases, the flow rate of the feedwater is reduced from the output of the feedwater control device, thereby reducing the steam pressure, that is, the saturation temperature, from the static characteristics. When the load drops, the steam pressure, that is, the saturation temperature, is increased from the static characteristic by increasing the feedwater flow rate from the output of the feedwater control device. Thereby, the temporary rise / fall when the load of the evaporator outlet dryness changes is reduced.
[0025]
According to a ninth aspect of the present invention, in the once-through waste heat recovery boiler according to the eighth aspect, the dryness control device includes a function generator that obtains a static characteristic of steam pressure from a load command of the gas turbine. A first-order lag circuit that generates a first-order lag with respect to the static characteristic of the steam pressure that is the output of the function generator, and a controller that outputs a water supply amount increase / decrease signal according to a difference between the output of the first-order lag circuit and the steam pressure. It is characterized by having.
[0026]
The function generator gives the static characteristics of the steam pressure from the gas turbine load command, and the first-order lag circuit keeps the steam pressure during the load drop higher than the static characteristics and the steam pressure during the load rise low.
[0027]
According to a tenth aspect of the present invention, in the once-through waste heat recovery boiler according to the eighth aspect, the dryness control device is configured to control the water supply control device while the load command of the gas turbine increases / decreases. It is characterized in that control is performed to increase / decrease the feedwater flow command value which is an output, and to return to the original feedwater flow command value again after the increase / decrease of the load command is completed.
[0028]
In the present invention, while the load command of the gas turbine is falling, an increment that gradually increases with respect to the feedwater flow command value is added. After the end of the load drop, the increment added to the feed water flow rate command is gradually reduced. As a result, the steam pressure, that is, the saturation temperature increases from the static characteristic. While the gas turbine load command is increasing, a gradually decreasing amount is added to the feedwater flow command value. After the end of the load increase, the decrease added to the water supply flow rate command is gradually increased. As a result, the steam pressure, that is, the saturation temperature is reduced from the static characteristic. As a result, temporary rise and fall of the evaporator outlet dryness when the load changes are reduced.
In addition, the rate at the time of increasing / decreasing the feedwater flow rate command value and the rate at the time of returning to the original value are not necessarily constant, and may be a variable rate. Further, the rates may be different from each other.
[0029]
According to an eleventh aspect of the present invention, in the once-through type waste heat recovery boiler according to the eighth or tenth aspect, the dryness control device may be configured such that the gas turbine is operating while the load is increasing, the load is decreasing, and the load is constant. A changeover switch for setting a predetermined water supply increase / decrease target value in accordance with the state of, a speed limiter for outputting a value that changes at a predetermined rate toward the target value, an output value of the speed limiter, and the water supply control. And an adder for adding the output of the apparatus to obtain a water supply flow rate command value.
[0030]
In the present invention, for example, -γT / H is input to the speed limiter when the load of the gas turbine is increasing, + γT / H when the load is decreasing, and 0T / H when the load is constant. The speed limiter outputs a value that decreases or increases at a predetermined rate with a given input value as a target value. In the adder, the output of the speed limiter and the output of the feed water control device are added and given to the steam valve.
As a result, during a load drop, the feedwater flow rate increases at a predetermined rate toward “the output of the feedwater control device + γT / H”, and decreases at the same time as the load stabilizes toward the output of the feedwater control device. Conversely, during a load increase, the output decreases at a predetermined rate toward “output of water supply control device−γT / H”, and increases at a predetermined rate toward the output of the water supply control device at the same time as the load stabilizes. By this operation, the steam pressure is maintained higher than the static characteristic during the load drop, and is maintained lower than the static characteristic during the load increase.
[0031]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The same components as those of the conventional once-through type waste heat recovery boiler are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. Further, in each of the following embodiments, a high-pressure system is described, but the present invention can also be applied to a medium-pressure system and a low-pressure system.
[0032]
<First embodiment>
FIG. 1 is a configuration diagram of a once-through type waste heat recovery boiler shown as a first embodiment of the present invention. In the present embodiment, in addition to the conventional control system, a dryness control device 37 that performs PID control of the high-pressure steam pressure by the high-pressure steam valve 36 is provided.
The dryness control device 37 has the following configuration. Reference numeral 40 denotes a function generator that receives the output signal of the load command 32 as an input signal, reference numeral 41 denotes a first-order lag circuit that receives the output signal of the function generator 40 as an input, and reference numeral 42 denotes an output signal of the first-order lag circuit 41 that receives one input. And a subtractor that uses the other input signal as the high-pressure steam pressure at the outlet of the superheater 22 detected by the pressure detector 43. Reference numeral 44 denotes a PID controller (steam pressure controller) to which the output signal of the subtractor 42 is input. The function generator 40 is a function that gives the static characteristics of the high-pressure steam pressure. By providing the first-order lag circuit 41, the high-pressure steam pressure during the load drop is higher than the static characteristics, and the high-pressure steam pressure during the load rise is low. Can be maintained.
According to this configuration, the function generator 40 gives the static characteristic of the high-pressure steam pressure from the load command 32, and the primary delay circuit 41 gives a delay to the static characteristic. Then, a difference from the high-pressure steam pressure is obtained in the subtractor 42, and the PID control circuit 44 gives a high-pressure steam opening command value to the high-pressure steam valve 36 based on the difference, and the pressure of the high-pressure steam is controlled.
[0033]
In the once-through waste heat recovery boiler, when the load drops, the steam pressure decreases, and the saturation temperature in the evaporator 21 also decreases. At this time, the steel material temperature of the evaporator 21 does not immediately decrease due to the heat capacity, and more heat moves to the fluid side than the static characteristics. As a result, conventionally, the dryness at the outlet of the evaporator 21 temporarily increases.
In the present embodiment, the steam pressure, that is, the saturation temperature is made higher than the static characteristic at the time of load reduction, and this temporary increase in dryness is suppressed, so that the transient fluctuation width of the dryness at the outlet of the evaporator 21 is reduced as compared with the conventional case. be able to. When the load increases, the transient fluctuation width of the evaporator outlet dryness can be reduced by the reverse operation.
That is, when the load increases, the steam pressure, that is, the saturation temperature is reduced from the static characteristic by increasing the steam valve 36 from the specified opening. When the load drops, the steam pressure, that is, the saturation temperature is increased from the static characteristic by decreasing the steam valve 36 from the specified opening. In this manner, a temporary rise / fall when the load of the dryness at the outlet of the evaporator 21 changes can be reduced.
[0034]
2 to 5 show computer simulation results performed to verify the effect of the present embodiment. FIG. 2 shows the generator load command change, FIG. 3 shows the high pressure steam valve opening change, FIG. 4 shows the high pressure steam pressure change, and FIG. 5 shows the evaporator outlet dryness change.
FIG. 6 shows a control system used for the simulation according to the conventional technique, and FIG. 7 shows a control system used for the simulation according to the present embodiment. In this simulation, the control system (FIG. 7) in which the dryness controller 37 of the present embodiment is added to the control system of the prior art of FIG. 6 was simulated assuming that the dryness of the evaporator outlet can be measured. The difference from this actual machine for verification is not essential. 6 and 7, the difference between the evaporator outlet dryness and the dryness set value Y% is obtained by the subtractor 38, and the PID control device 39 gives a water supply flow rate command to the water supply valve 15 based on this difference to supply water. It is configured to control. The PID parameter of the water supply control by the conventional control system and the value of the PID parameter of the water supply control in the present embodiment are the same.
2 to 5, (0) is a simulation result of the conventional control system, and (1) is a simulation result of the first embodiment. From the comparison between (0) and (1) in FIG. 5, it can be seen that the amount of change in the dryness of the evaporator outlet is reduced to about ／ in the first embodiment compared to the related art.
[0035]
As described above, in the present embodiment, by suppressing the fluctuation of the dryness at the outlet of the evaporator 21, the fluidity on the heating path from the feed water to the generation of the superheated steam is prevented from becoming unstable, and the evaporation is prevented. Burnout of the container member can be prevented.
[0036]
<Second embodiment>
FIG. 8 shows a once-through type waste heat recovery boiler according to a second embodiment of the present invention. In this embodiment, a conventional control system is also used, but the description of the conventional control unit is omitted.
In the present embodiment, the following configuration is provided as the dryness control device 45. Reference numerals 46 and 47 are changeover switches to which a signal indicating that the load of the gas turbine is increasing and a signal indicating that the load is decreasing are respectively input, and an output value is switched in accordance with the input values. Reference numeral 48 indicates a constant using the input value as a target value. It is a speed limiter that outputs a value that changes with the rate. Reference numeral 49 denotes an adder.
The changeover switch 46 receives two constants of + α% and 0%, and when the signal during load increase is ON, the a side is selected and + α% is output. In the case of OFF, the b side is selected and 0% is output. The output of the changeover switch 46 is input to the “b” side of the next-stage changeover switch 47. On the a side of the changeover switch 47, a constant -α% is input. The changeover switch 47 selects the side a when the signal during the load drop is ON, and selects the side b when the signal is OFF. The output of the changeover switch 47 is input to the speed limiter 48 as a target value. The output signal of the speed limiter 48 is added to the constant Z% by the adder 49, and the output becomes the opening command value of the high-pressure steam valve 36. The constant Z% is a specified opening used in the conventional example.
[0037]
In the present embodiment, for example, during a load drop, the output of the speed limiter 48 decreases at a constant rate toward -α%, and the output of the speed limiter 48 decreases to 0% at the same rate as the load stabilizes. Return. Therefore, the high-pressure steam valve opening decreases from Z% before the load drop toward Z-α% at the same time as the load drop, and increases toward Z% at the same time as the load stabilization. Conversely, during a load increase, the high-pressure steam valve opening increases from Z% before the load increase toward Z + α% simultaneously with the load increase, and decreases toward Z% simultaneously with the load stabilization. By the operation of the high-pressure steam valve, the high-pressure steam pressure can be maintained higher than the static characteristic during the load drop, and the high-pressure steam pressure can be maintained lower than the static characteristic during the load increase.
[0038]
In this embodiment, computer simulation was performed in the same manner as in the first embodiment. Although not shown, a control system in which the dryness control device 45 of the present embodiment is applied to the conventional control system shown in FIG. 6 was simulated. The PID parameter of the water supply control by the conventional control system and the value of the PID parameter of the water supply control in the present embodiment are the same.
(2) of FIGS. 2 to 5 are simulation results of the present embodiment. As can be seen from FIG. 5, as in the first embodiment, the change in the dryness of the evaporator outlet is reduced to about ／ of the conventional case.
[0039]
As described above, in the present embodiment, when the load increases, the steam pressure, that is, the saturation temperature is reduced from the static characteristic by increasing the steam valve 36 from the specified opening. When the load drops, the steam pressure, that is, the saturation temperature is increased from the static characteristic by decreasing the steam valve 36 from the specified opening. In this manner, a temporary rise / fall when the load of the dryness at the outlet of the evaporator 21 changes can be reduced.
As described above, in the present embodiment, by suppressing the fluctuation of the dryness at the outlet of the evaporator 21, the fluidity on the heating path from the feed water to the generation of the superheated steam is prevented from becoming unstable, and the evaporation is prevented. Burnout of the container member can be prevented.
[0040]
<Third embodiment>
FIG. 9 shows a once-through waste heat recovery boiler according to a third embodiment. In this embodiment, a conventional controller is also used, but the description of the conventional control unit is omitted.
In the present embodiment, the following configuration is provided as the dryness control device 50. As in the second embodiment, two switches (target value setting switches) 46 and 47, a speed limiter 48, and an adder 49 are provided. Since these are exactly the same as the second embodiment, the description will be omitted. These input signals are almost the same as in the second embodiment. The difference from the second embodiment is that the switching conditions of the two switches 46 and 47 and the rate of the speed limiter 48 are changed depending on the conditions.
The signal during the load increase and the signal during the load decrease are input as input signals of the switches 46 and 47 via the OFF delay circuits 51 and 52, respectively. The outputs of the OFF delay circuits 51 and 52 are input to an OR circuit 53, and the output of the OR circuit 53 is input to a change rate switch 54. The change rate switch 54 has a constant β ₁ And β ₂ Is input, and when the output signal of the OR circuit 53 is ON, β ₁ But when it is OFF again β ₂ Is selected to give the rate limiter 48 the rate of change of the output signal.
[0041]
In the present embodiment, for example, during a load drop, the output of the speed limiter 48 is set at a constant rate β toward −α%. ₁ After the load has settled, and after a predetermined delay given by the OFF delay circuit 52, the rate β ₂ To return to 0%. Therefore, the opening degree of the high-pressure steam valve is changed from Z% before the load drop to Z-α% at the same time as the load drop. ₁ , And after the load stabilization, after a predetermined delay, the rate β toward Z% ₂ To increase. Conversely, during a load increase, the high-pressure steam valve opening rate changes from Z% before the load increase toward Z + α% at the same time as the load increase. ₁ After the load stabilizes, the rate β increases toward Z% after a predetermined delay given by the OFF delay circuit 51. ₂ To decrease.
That is, after the load drop / rise is completed by the OFF delay circuits 51 and 52, the opening degree of the high-pressure steam valve is returned to the specified opening degree after the opening degree is maintained for a certain period of time, and the rate at which the high pressure steam valve returns to the specified opening degree and the load drop The variation of the evaporator outlet dryness is more effectively suppressed by changing the rate of increase and decrease of the opening during the rise to an appropriate rate.
[0042]
In this embodiment, computer simulation was performed in the same manner as in the first embodiment. Although not shown, a control system in which the dryness control device 50 of the present embodiment is applied to the conventional control system shown in FIG. 6 was simulated. The PID parameter of the water supply control by the conventional control system and the value of the PID parameter of the water supply control in the present embodiment are the same.
(3) of FIG. 2 to FIG. 5 are simulation results of the present embodiment. In FIG. 5, the simulation result (2) of the second embodiment shows that the evaporator outlet dryness has increased from the end of the load drop (10 minutes). This is because the opening of the high-pressure steam valve after the end of the load drop is restored too quickly, and the pressure drop is too early. According to the simulation result (3) in the present embodiment, it can be seen that the maximum value of the change in the dryness of the evaporator outlet is reduced to about 比 べ compared to the related art. Further, it can be seen that the amount of undershoot of the evaporator outlet dryness fluctuation after the load stabilization is also reduced.
[0043]
As described above, in the present embodiment, when the load increases, the steam pressure, that is, the saturation temperature is reduced from the static characteristic by increasing the steam valve 36 from the specified opening. When the load drops, the steam pressure, that is, the saturation temperature is increased from the static characteristic by decreasing the steam valve 36 from the specified opening. In this manner, a temporary rise / fall when the load of the dryness at the outlet of the evaporator 21 changes can be reduced.
As described above, in the present embodiment, by suppressing the fluctuation of the dryness at the outlet of the evaporator 21, the fluidity on the heating path from the feed water to the generation of the superheated steam is prevented from becoming unstable, and the evaporation is prevented. Burnout of the container member can be prevented.
[0044]
<Fourth embodiment>
FIG. 10 shows a once-through type waste heat recovery boiler as a fourth embodiment. While the once-through type waste heat recovery boiler of the first to third embodiments operates the high-pressure steam pressure by controlling the opening degree of the high-pressure steam valve, in the present embodiment, the supply water flow rate is controlled to operate the high-pressure steam pressure. Things.
In the present embodiment, the following configuration is provided as the dryness control device 55. In this embodiment, a function generator 40, a first-order lag circuit 41, a subtractor 42, and a pressure detector 43 are provided as in the first embodiment, and the common parts are described using the same reference numerals. Omitted. In the figure, reference numeral 56 denotes a proportional controller (controller) that performs proportional control on the high-pressure steam pressure deviation output from the subtractor 42, and reference numeral 57 denotes an output signal of the proportional controller 56 and a conventional feedwater flow rate command. Is an adder for adding the output signal of the PID controller 35 that calculates the. The output of the adder 57 is supplied to the water supply pump 15 as a water supply flow rate command, and the water supply amount is controlled. The high-pressure steam pressure valve 36 is provided with a specified opening degree Z%.
[0045]
In the present embodiment, when the load increases, the steam pressure, that is, the saturation temperature is reduced from the static characteristic by reducing the feedwater flow rate from the output of the conventional PID controller 35. Further, when the load drops, the feed water flow rate is increased by the conventional PID controller 35, so that the steam pressure, that is, the saturation temperature is increased from the static characteristic. This can reduce a temporary rise / fall when the load of the dryness at the outlet of the evaporator 21 changes.
As described above, in the present embodiment, by suppressing the fluctuation of the dryness at the outlet of the evaporator 21, the fluidity on the heating path from the feed water to the generation of the superheated steam is prevented from becoming unstable, and the evaporation is prevented. Burnout of the container member can be prevented. In addition, since the steam pressure is not reduced, the influence on the power generation output is small.
[0046]
<Fifth embodiment>
FIG. 11 shows a once-through waste heat recovery boiler according to a fifth embodiment. In the present embodiment, as the dryness control device 58, changeover switches 59 and 60 to which a signal during load increase and a signal during load decrease are input, and a value that changes at a constant rate with the input value as a target value are output. It has a speed limiter 61 and an adder 62 that adds the output of the speed limiter 61 and the output of the PID controller 35.
Two constant 0T / H and -γT / H signals are input to the upper switch 59. This switch 59 outputs -γT / H on the a side when the signal during load increase is ON, and outputs 0T / H on the b side when the signal is OFF. The output of the upper-stage switch 59 is input to the b side of the lower-stage switch 60. + ΓT / H is input to the a side of the changeover switch 60. The changeover switch 60 outputs + γT / H on the a side when the signal during the load drop is ON, and outputs the output signal of the upper changeover switch 59 when the signal is OFF. The output of the lower changeover switch 60 is input to the speed limiter 61, the output of the speed limiter 61 is input to the adder 62 together with the output of the PID controller 35 which is a conventional water supply flow rate command, and the output of the adder 62 is A water supply flow rate command is given to the water supply pump 15 to control the water supply amount.
With this configuration, in the present embodiment, during the load drop, the feedwater flow rate increases at a predetermined rate toward “the output of the PID controller 35 + γT / H”, and the PID control is performed simultaneously with the load stabilization. It decreases at a predetermined rate toward the output of the unit 35. Conversely, during a load increase, the output decreases at a predetermined rate toward the “output of the PID controller 35−γT / H”, and increases at a predetermined rate toward the output of the PID controller 35 at the same time when the load is settled. By this operation, the steam pressure is maintained higher than the static characteristic during the load drop, and is maintained lower than the static characteristic during the load increase.
[0047]
As described above, in the present embodiment, the steam pressure, that is, the saturation temperature is reduced from the static characteristic by reducing the feedwater flow rate from the output of the conventional PID controller 35 when the load increases. Further, when the load drops, the feed water flow rate is increased by the conventional PID controller 35, so that the steam pressure, that is, the saturation temperature is increased from the static characteristic. This can reduce a temporary rise / fall when the load of the dryness at the outlet of the evaporator 21 changes.
As described above, in the present embodiment, by suppressing the fluctuation of the dryness at the outlet of the evaporator 21, the fluidity on the heating path from the feed water to the generation of the superheated steam is prevented from becoming unstable, and the evaporation is prevented. Burnout of the container member can be prevented. In addition, since the steam pressure is not reduced, the influence on the power generation output is small.
[0048]
Each of the above embodiments has the following features.
The operation of the high-pressure steam valve changes the high-pressure turbine steam flow rate. For example, when the high-pressure steam valve is reduced below the specified opening, the high-pressure steam pressure increases, so that the flow of the high-pressure turbine steam flow does not become so large after all.
In addition, the pressure set value and the forced increase / decrease operation are restored when the load is settled, and there is no change from the conventional control.Therefore, after the load is settled, the high pressure steam valve opening and feedwater flow rate, the high pressure steam pressure, the generator Each state quantity of the output is exactly the same as the conventional state quantity.
In the fourth and fifth embodiments, the correction of the steam pressure control is added to the conventional steam temperature control at the outlet of the superheater 22a based on the feedwater flow rate. In the conventional control method, the evaporator outlet dryness when the load drops is temporarily increased, and the evaporator outlet dryness when the load is increased is temporarily reduced. On the other hand, in the fourth and fifth embodiments, the feedwater flow rate is controlled for the purpose of controlling the steam pressure. However, when the load drops, the feedwater flow rate tends to increase compared to the conventional method, and when the load increases, the feedwater flow rate increases. This is a direction in which the flow rate is smaller than that in the conventional method, and each direction is a direction in which the flow rate of the supplied water is promoted by the conventional control (not a disturbance of the conventional control).
[0049]
Further, in each of the above embodiments, the present invention is applied to the control system of FIG. 14, but the conventional control system to which the present invention is applied is not limited to this. For example, you may apply to the control system of FIG.
Reference numeral 65 denotes a function calculator for calculating a water supply precedence setting based on a load command. The function calculator 65 calculates a feedwater flow rate at which the dryness at the outlet of the evaporator 21 becomes appropriate based on the heat balance between the gas side and the water / steam side at a predetermined load. (This setting is a function prepared in advance by a design plan, a combustion test, and the like.)
The water supply precedence setting is added to the water supply flow rate command calculated by the PID controller 35 by the adder 66, and then output to the water supply pump 15 in the same manner as in the control system of FIG.
With this circuit, the water supply corresponding to the load is supplied to the boiler, and the controller 35 operates so as to correct the deviation of the temperature deviation in FIG. Therefore, the control sensitivity (gain) of the controller 35 can be increased, and the followability to a temperature change is further improved, so that a more stable boiler operation can be performed.
[0050]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the following effects can be obtained.
According to the first aspect of the present invention, by suppressing the transient fluctuation width of the evaporator outlet dryness, it is possible to prevent the fluidity on the heating path from feed water to superheated steam from becoming unstable, In addition, burning of the evaporator member can be prevented.
According to the inventions of claims 2 to 7, when the load increases, the steam pressure, that is, the saturation temperature is reduced from the static characteristic by increasing the steam valve from the specified opening. In addition, when the load is reduced, the steam valve is reduced from the specified opening degree, so that the steam pressure, that is, the saturation temperature is increased from the static characteristic, so that the temporary rise / fall of the evaporator outlet dryness when the load changes can be reduced. Therefore, it is possible to prevent the fluidity on the heating path from the supply water to the generation of the superheated steam from becoming unstable, and to prevent the evaporator member from being burned.
According to the invention of claims 8 to 11, when the load rises, the feed water flow rate is reduced from the output of the conventional superheater outlet steam temperature controller, so that the steam pressure, that is, the saturation temperature is reduced from the static characteristic. When the load drops, the steam pressure, that is, the saturation temperature is increased from the static characteristics by increasing the feedwater flow rate from the output of the conventional superheater outlet steam temperature controller. As a result, it is possible to reduce the temporary rise / fall when the load of the evaporator outlet dryness changes. Therefore, it is possible to prevent the fluidity on the heating path from the supply water to the generation of the superheated steam from becoming unstable, and to prevent the evaporator member from being burned.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a control system of a once-through type waste heat recovery boiler shown as a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a computer simulation result of each embodiment and illustrating a generator load command change amount.
FIG. 3 is a diagram illustrating a computer simulation result of each embodiment, showing a variation in the opening degree of the high-pressure steam valve.
FIG. 4 is a diagram illustrating a computer simulation result of each embodiment and illustrating a high-pressure steam pressure change amount.
FIG. 5 is a diagram illustrating a computer simulation result of each embodiment, showing a variation in dryness of an evaporator outlet.
FIG. 6 shows a conventional control system used for computer simulation.
FIG. 7 is a control system corresponding to the first embodiment used for computer simulation.
FIG. 8 is a diagram showing a control system of a once-through waste heat recovery boiler shown as a second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing a control system of a once-through type waste heat recovery boiler shown as a third embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram showing a control system of a once-through type waste heat recovery boiler shown as a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a diagram showing a control system of a once-through type waste heat recovery boiler shown as a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a diagram showing a control system of a conventional once-through type waste heat recovery boiler applicable as a modified example of each embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a schematic diagram showing a gas turbine and a configuration of a conventional once-through waste heat recovery boiler.
FIG. 14 is a diagram showing a control system of a conventional once-through waste heat recovery boiler.
[Explanation of symbols]
32 Load command
36 High-pressure steam valve
37 Dryness control device
40 Function Generator
41 Primary delay circuit
42 Subtractor
44 PID controller
45 Dryness control device
46, 47 selector switch (target value setting selector switch)
48 Speed limiter
49 Adder
50 Dryness control device
51, 52 OFF delay circuit
54 Change rate switch
55 Dryness control device
56 Proportional controller
59,60 switch
61 Speed limiter
62 adder

Claims (11)

他の装置から排出された排ガスを導くケーシング内に、給水を受けて該給水を予熱する節炭器と、該節炭器からの前記給水を加熱して蒸気を発生させる蒸発器と、該蒸発器からの前記蒸気を更に加熱して過熱蒸気を生成する過熱器と、蒸気圧力を調節する蒸気弁とを備えた貫流型廃熱回収ボイラにおいて、
前記過熱蒸気の温度に基づいて前記蒸発器出口における蒸気の乾き度の変動を抑えるように前記給水流量を制御する給水制御装置と、
蒸気圧力の変動を静特性よりも抑えることにより前記蒸発器出口乾き度の過渡的変動幅を抑える乾き度制御装置とを備えていることを特徴とする貫流型廃熱回収ボイラ。An evaporator that receives water and preheats the water in a casing that guides exhaust gas discharged from another device, an evaporator that heats the water supplied from the economizer to generate steam, A once-through waste heat recovery boiler comprising a superheater for further heating the steam from the vessel to generate superheated steam, and a steam valve for adjusting the steam pressure;
A feedwater control device that controls the feedwater flow rate so as to suppress fluctuations in the dryness of steam at the evaporator outlet based on the temperature of the superheated steam,
A once-through type waste heat recovery boiler, comprising: a dryness control device that suppresses a transient fluctuation width of the evaporator outlet dryness by suppressing a change in steam pressure more than a static characteristic. 請求項１に記載の貫流型廃熱回収ボイラにおいて、
前記他の装置としてガスタービンが設けられ、
前記乾き度制御装置は、該ガスタービンの負荷指令が増加／減少する場合に一時的に前記蒸気弁の開度を減／増する制御を行うことを特徴とする貫流型廃熱回収ボイラ。The once-through type waste heat recovery boiler according to claim 1,
A gas turbine is provided as the other device,
The once-through type waste heat recovery boiler, wherein the dryness control device performs control to temporarily reduce / increase the opening of the steam valve when a load command of the gas turbine increases / decreases. 請求項２に記載の貫流型廃熱回収ボイラにおいて、
前記乾き度制御装置は、前記ガスタービンの負荷指令から蒸気圧力の静特性を求める関数発生器と、該関数発生器の出力である蒸気圧力の静特性に対して一次遅れを発生させる一次遅れ回路と、該一次遅れ回路の出力と蒸気圧力との差に応じて蒸気弁開度を制御する蒸気圧力制御器とを備えていることを特徴とする貫流型廃熱回収ボイラ。The once-through waste heat recovery boiler according to claim 2,
The dryness control device includes a function generator that determines a static characteristic of steam pressure from a load command of the gas turbine, and a first-order lag circuit that generates a first-order lag with respect to a static characteristic of steam pressure that is an output of the function generator. And a steam pressure controller for controlling a steam valve opening in accordance with a difference between an output of the primary delay circuit and steam pressure. 請求項２に記載の貫流型廃熱回収ボイラにおいて、
前記乾き度制御装置は、前記ガスタービンの負荷指令が増加／減少している間蒸気弁開度を増加／減少させ、前記負荷指令の増加／減少が終了した後再び元の蒸気弁開度に戻す制御を行うことを特徴とする貫流型廃熱回収ボイラ。The once-through waste heat recovery boiler according to claim 2,
The dryness control device increases / decreases the steam valve opening while the load command of the gas turbine increases / decreases, and returns to the original steam valve opening again after the increase / decrease of the load command is completed. A once-through waste heat recovery boiler characterized by performing return control. 請求項２または４に記載の貫流型廃熱回収ボイラにおいて、
前記乾き度制御装置は、前記ガスタービンが負荷上昇中、負荷下降中、および、負荷一定のそれぞれの状態に応じた所定の蒸気弁開度目標値を設定する切り替えスイッチと、該目標値に向けて所定のレートで変化する値を出力する速度制限器と、該速度制限器の出力値と前記蒸気弁の規定開度指令とを加算して蒸気弁開度指令値とする加算器とを備えていることを特徴とする貫流型廃熱回収ボイラ。The once-through type waste heat recovery boiler according to claim 2 or 4,
The dryness control device includes a changeover switch that sets a predetermined steam valve opening target value according to each state of the gas turbine during a load increase, a load decrease, and a constant load. A speed limiter that outputs a value that changes at a predetermined rate, and an adder that adds the output value of the speed limiter and the specified opening command of the steam valve to obtain a steam valve opening command value. A once-through type waste heat recovery boiler characterized in that: 請求項２に記載の貫流型廃熱回収ボイラにおいて、
前記乾き度制御装置は、前記ガスタービンの負荷指令が増加／減少している間蒸気弁開度を増加／減少させ、前記負荷指令の増加／減少が終了した後、所定時間経過後に再び元の蒸気弁開度に戻す制御を行うことを特徴とする貫流型廃熱回収ボイラ。The once-through waste heat recovery boiler according to claim 2,
The dryness control device increases / decreases the opening degree of the steam valve while the load command of the gas turbine increases / decreases, and after the increase / decrease of the load command ends, after a lapse of a predetermined time, returns to the original value. A once-through type waste heat recovery boiler characterized by performing control to return to a steam valve opening. 請求項２または６に記載の貫流型廃熱回収ボイラにおいて、
前記乾き度制御装置は、ＯＦＦとなるタイミングを遅らせたガスタービンの負荷上昇中信号または降下中信号を出力とするＯＦＦディレイ回路と、該ＯＦＦディレイ回路の出力の状態に応じた所定の蒸気弁開度目標値を設定する目標値設定切り替えスイッチと、該目標値に向けて所定の変化レートで変化する値を出力する速度制限器と、該速度制限器に対して前記ＯＦＦディレイ回路の出力に応じた変化レートを与える変化レート切り替えスイッチと、前記速度制限器の出力値と前記蒸気弁の規定開度指令とを加算して蒸気弁開度指令値とする加算器とを備えていることを特徴とする貫流型廃熱回収ボイラ。The once-through waste heat recovery boiler according to claim 2 or 6,
The dryness control device includes an OFF delay circuit that outputs a signal during load increase or a signal during fall of a gas turbine whose output timing is delayed, and a predetermined steam valve opening according to the output state of the OFF delay circuit. A target value setting changeover switch for setting a degree target value, a speed limiter for outputting a value changing at a predetermined change rate toward the target value, and a speed limiter corresponding to the output of the OFF delay circuit for the speed limiter. A change rate changeover switch for giving a changed change rate, and an adder for adding an output value of the speed limiter and a specified opening command of the steam valve to obtain a steam valve opening command value. Once-through type waste heat recovery boiler. 請求項１に記載の貫流型廃熱回収ボイラにおいて、
前記乾き度制御装置は、ガスタービンの負荷指令が変化した場合に前記給水制御装置によって制御される給水量を一時的に増減させることで蒸発器出口乾き度の変動を抑えることを特徴とする貫流型廃熱回収ボイラ。The once-through type waste heat recovery boiler according to claim 1,
The dryness control device suppresses fluctuations in evaporator outlet dryness by temporarily increasing or decreasing the amount of water supplied by the water supply control device when the load command of the gas turbine changes. Type waste heat recovery boiler. 請求項８に記載の貫流型廃熱回収ボイラにおいて、
前記乾き度制御装置は、前記ガスタービンの負荷指令から蒸気圧力の静特性を求める関数発生器と、該関数発生器の出力である蒸気圧力の静特性に対して一次遅れを発生させる一次遅れ回路と、該一次遅れ回路の出力と蒸気圧力との差に応じて給水量増減信号を出力する制御器とを備えていることを特徴とする貫流型廃熱回収ボイラ。The once-through type waste heat recovery boiler according to claim 8,
The dryness control device includes a function generator that determines a static characteristic of steam pressure from a load command of the gas turbine, and a first-order lag circuit that generates a first-order lag with respect to a static characteristic of steam pressure that is an output of the function generator. A once-through type waste heat recovery boiler, comprising: a controller that outputs a feed water amount increase / decrease signal in accordance with a difference between an output of the primary delay circuit and a steam pressure. 請求項８に記載の貫流型廃熱回収ボイラにおいて、
前記乾き度制御装置は、前記ガスタービンの負荷指令が増加／減少している間、前記給水制御装置の出力である給水流量指令値を増加／減少させ、前記負荷指令の増加／減少が終了した後再び元の給水流量指令値に戻す制御を行うことを特徴とする貫流型廃熱回収ボイラ。The once-through type waste heat recovery boiler according to claim 8,
The dryness control device increases / decreases a feedwater flow rate command value, which is an output of the feedwater control device, while the load command of the gas turbine increases / decreases, and the increase / decrease of the load command ends. A once-through type waste heat recovery boiler that performs control to return to the original feedwater flow command value again afterwards. 請求項８または１０に記載の貫流型廃熱回収ボイラにおいて、
前記乾き度制御装置は、前記ガスタービンが負荷上昇中、負荷下降中、および、負荷一定のそれぞれの状態に応じた所定の給水増減目標値を設定する切り替えスイッチと、該目標値に向けて所定のレートで変化する値を出力する速度制限器と、該速度制限器の出力値と前記給水制御装置の出力とを加算して給水流量指令値とする加算器とを備えていることを特徴とする貫流型廃熱回収ボイラ。The once-through waste heat recovery boiler according to claim 8 or 10,
The dryness control device includes a changeover switch that sets a predetermined water supply increase / decrease target value according to each state of the gas turbine during a load increase, a load decrease, and a constant load, and a predetermined switch toward the target value. A speed limiter that outputs a value that changes at a rate of, and an adder that adds the output value of the speed limiter and the output of the water supply control device to obtain a water supply flow rate command value. Once-through type waste heat recovery boiler.

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