JP2625422B2 - Boiler control device - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ボイラ装置に係り、ことに起動時において
ドラムもしくは気水分離器ドレンタンク水位を安定化す
るに好適な制御装置に関する。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a boiler device, and more particularly to a control device suitable for stabilizing a drum or a water / water separator drain tank water level at startup.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

第４図は、気水分離器ドレンタンクを備えたボイラ装
置の系統図である。FIG. 4 is a system diagram of a boiler device provided with a steam separator drain tank.

ボイラ給水ポンプ１より給水加熱器２を通して供給さ
れた水は節炭器3,火炉水壁４で加熱され気水混合物とな
つて気水分離器５に送られる。気水分離器５で分離され
たドレンは、気水分離器ドレンタンク６に貯えられ、再
循環ポンプ７により節炭器３の入口側に戻される（以下
これをボイラ循環という）。ここで再循環流量調節弁８
は、ドレンタンク６の水位に応じてボイラ再循環量を調
節して、水位の変動を抑えるために設けられている。ド
レンタンクオーバーフロー弁９は、再循環流量調節弁８
が全開してもなおドレンタンク６の水位が下がらない場
合に用いられ、このオーバーフロー弁９を開いてドレン
を放出することによりドレンタンク６の水位を下げるこ
とができる。The water supplied from the boiler feed pump 1 through the feed water heater 2 is heated by the economizer 3 and the furnace water wall 4 and sent to the steam separator 5 as a steam-water mixture. The drain separated by the steam separator 5 is stored in a steam separator drain tank 6 and returned to the inlet side of the economizer 3 by a recirculation pump 7 (hereinafter, this is referred to as boiler circulation). Here, the recirculation flow control valve 8
Is provided to adjust the boiler recirculation amount according to the water level of the drain tank 6 to suppress fluctuations in the water level. The drain tank overflow valve 9 is provided with a recirculation flow control valve 8.
Is used when the water level in the drain tank 6 does not drop even after the valve is fully opened. By opening the overflow valve 9 and discharging the drain, the water level in the drain tank 6 can be lowered.

ボイラ点火後、過熱器10の出口蒸気が蒸気タービン13
に通気可能な温度，圧力に昇温，昇圧されるまではター
ビン加減弁12が閉じ、過熱器10から出た蒸気はタービン
バイパス弁11を通つて放出される。このときタービンバ
イパス弁11は蒸気圧力が一定となるようにその通過量を
調節し、いわゆる逃がし制御を行なう。またこの場合、
過熱器10の中間点または入口に蒸気を放出する過熱器バ
イパス弁（図示せず）を設け、前記タービンバイパス弁
11と併用して逃がし制御を行なう場合もある。After the boiler is ignited, the exit steam of the superheater 10 is
The turbine control valve 12 is closed until the temperature is raised to a temperature and pressure at which air can be passed through the turbine, and the steam discharged from the superheater 10 is discharged through the turbine bypass valve 11. At this time, the passage amount of the turbine bypass valve 11 is adjusted so that the steam pressure becomes constant, and so-called relief control is performed. Also in this case,
A superheater bypass valve (not shown) for discharging steam at an intermediate point or an inlet of the superheater 10;
In some cases, escape control is performed in combination with 11.

第５図は、火炉水壁４を構成する伝熱管14の一部を模
式的に示した図で、図面に向かつて左端が火炉水壁４の
入口側に、右側が火炉水壁４の出口側にそれぞれ相当し
ている。図中の15は水、16は気水混合物、17は気泡，矢
印は流体の流れ方向をそれぞれ示している。FIG. 5 is a diagram schematically showing a part of the heat transfer tube 14 constituting the furnace water wall 4. The left end is the inlet side of the furnace water wall 4 and the right side is the outlet of the furnace water wall 4. Side corresponds to each. In the figure, 15 indicates water, 16 indicates a gas-water mixture, 17 indicates air bubbles, and arrows indicate the flow direction of the fluid.

第６図は、第５図に示す伝熱管14の各部位における内
部通過流体のエンタルピ（曲線18）と、ボイド率（曲線
19）を示している。ここでボイド率とは気水混合物の気
相と液相の体積比で、その重量比である乾き度に対応す
る量である。FIG. 6 shows the enthalpy (curve 18) of the fluid passing through each part of the heat transfer tube 14 shown in FIG.
19). Here, the void fraction is a volume ratio of a gas phase and a liquid phase of a gas-water mixture, and is an amount corresponding to a dryness which is a weight ratio thereof.

火炉水壁４の伝熱管14を保護するため、伝熱管14への
１本当りの給水量をある最低値以上に確保しなければな
らない。火炉水壁４の全伝熱管の最低給水量を合計した
値を火炉水壁保護最低給水量と呼んでいる。第４図に示
すボイラ給水流量調節弁41は火炉水壁保護最低給水量を
確保するように調節されており、おおむね火炉水壁保護
最低給水量からボイラ再循環量を差し引いた給水量をボ
イラに供給するように操作する。In order to protect the heat transfer tubes 14 of the furnace water wall 4, the amount of water supplied per tube to the heat transfer tubes 14 must be secured to a certain minimum value or more. The sum of the minimum water supply amounts of all the heat transfer tubes of the furnace water wall 4 is called a furnace water wall protection minimum water supply amount. The boiler feed water flow control valve 41 shown in FIG. 4 is adjusted so as to secure the minimum water supply amount for the furnace water wall protection, and the water supply amount obtained by subtracting the boiler recirculation amount from the furnace water wall protection minimum water supply amount is supplied to the boiler. Operate to supply.

第６図において、伝熱管14内を通過する流体が完全に
熱平衡であれば、すなわち伝熱管14内の流体の径方向に
おける流体エンタルピが一様であれば、流体エンタルピ
がその時点の流体圧力における飽和エンタルピｈ′の値
を越える点（飽和水エンタルピ到達点）20の前流側には
気泡は存在しない。ところが実際には、伝熱管14内を通
過する流体の径方向における流体エンタルピは一様でな
く分布を有しているから、流体の平均エンタルピが飽和
エンタルピｈ′を下回る飽和水エンタルピ到達点20の前
流側にも気泡が存在し、これをサブタール沸騰と呼んで
いる。またこのことは気水分離器５から蒸気が発生し得
ることを示している。In FIG. 6, if the fluid passing through the heat transfer tube 14 is completely in thermal equilibrium, that is, if the fluid enthalpy in the radial direction of the fluid in the heat transfer tube 14 is uniform, the fluid enthalpy at the current fluid pressure is There are no bubbles on the upstream side of the point (saturated water enthalpy reaching point) 20 exceeding the value of the saturated enthalpy h '. However, in practice, since the fluid enthalpy in the radial direction of the fluid passing through the heat transfer tube 14 is not uniform and has a distribution, the saturated water enthalpy reaching point 20 where the average enthalpy of the fluid is less than the saturated enthalpy h ′ is obtained. Bubbles also exist on the upstream side, and this is called subtar boiling. This also indicates that steam can be generated from the steam separator 5.

第７図は、流体エンタルピと流体ボイド率との関係を
示す特性図で、前述のサブクール沸騰が発生しない場合
の熱平衡ボイド率21と、サブクール沸騰が発生した場合
のボイド率19をそれぞれ流体エンタルピの関数として示
している。FIG. 7 is a characteristic diagram showing the relationship between the fluid enthalpy and the fluid void fraction. The thermal equilibrium void fraction 21 when the above-mentioned subcooled boiling does not occur and the void fraction 19 when the subcooled boiling occurs do not differ from the fluid enthalpy. Shown as a function.

前者の熱平衡ボイド率21は、周知の如く流体エンタル
ピより蒸気乾き度を求め、これをその圧力における飽和
水と飽和蒸気の比容積を用いて体積比に換算すれば求め
られる。一方、後者のボイド率19は、伝熱管14が受ける
単位面積当りの熱量（熱負荷）や管内の流速に依存して
複雑になり、計算式としてはミロポルスキーの実験式な
どが知られている。また、前者の値は後者の値を上回ら
ないこと、ならびにボイド率0.8以上の領域では両者の
値にはほとんど差がないことも知られている。As is well known, the thermal equilibrium void fraction 21 of the former can be obtained by calculating the steam dryness from the fluid enthalpy and converting this into a volume ratio using the specific volume of saturated water and saturated steam at that pressure. On the other hand, the latter void ratio 19 becomes complicated depending on the amount of heat per unit area (heat load) received by the heat transfer tube 14 and the flow velocity in the tube, and a calculation formula such as the experimental formula of Miropolsky is known. It is also known that the former value does not exceed the latter value, and that there is almost no difference between the two values in a region with a void fraction of 0.8 or more.

なお、第７図において21は熱平衡ボイド率、22はボイ
ド率0.9到達点、25はサブクール沸騰域を示している。In FIG. 7, 21 is the thermal equilibrium void fraction, 22 is the point at which the void fraction reaches 0.9, and 25 is the subcooled boiling region.

第８図は、流体圧力における飽和水エンタルピと、伝
熱管内がほとんど気相に変わるボイド率が0.9となるエ
ンタルピを蒸気表（日本機械学会1968年版 蒸気表参
考）より求めたものである。第８図のボイド率が0.9と
なるエンタルピは熱平衡ボイド率として算出している
が、前述の理由によりサブクール沸騰の考慮を要する実
現象のボイド率0.9となるエンタルピとみなして良い。FIG. 8 shows the enthalpy of saturated water at the fluid pressure and the enthalpy at which the void ratio at which the inside of the heat transfer tube almost changes to the gas phase becomes 0.9 from the steam table (refer to the steam table of 1968 edition of the Japan Society of Mechanical Engineers). Although the enthalpy at which the void ratio is 0.9 in FIG. 8 is calculated as the thermal equilibrium void ratio, it may be regarded as the enthalpy at which the void ratio of the actual phenomenon, which requires consideration of subcooled boiling, is 0.9 for the above-described reason.

この図において飽和エンタルピを示す曲線23と、ボイ
ド率0.9となるエンタルピを示す曲線24との差は、流体
圧力100kg/cm²absでは131.4kcal/kg程度であるのに対し
て、流体圧力が50kg/cm²abs,20kg/cm²abs,5kg/cm²absと
低下するのに従がつて、それぞれ87.65kcal/kg,42.67kc
al/kg,12.65kcal/kgと低下し、流体圧力が1kg/cm²absで
は、わずか2.92kcal/kgとなつてしまう。In this figure, the difference between the curve 23 indicating the saturated enthalpy and the curve 24 indicating the enthalpy at which the void ratio is 0.9 is about 131.4 kcal / kg at a fluid pressure of 100 kg / cm ² abs, while the fluid pressure is 50 kg. / cm ² abs, 20kg / cm ² abs, 5kg / cm ² abs, followed by 87.65kcal / kg, 42.67kc
al / kg, 12.65 kcal / kg, and when the fluid pressure is 1 kg / cm ² abs, it is only 2.92 kcal / kg.

このような水の物理的性質により、従来のボイラ装置
では次のような欠点を有している。Due to such physical properties of water, conventional boilers have the following disadvantages.

このような水の物理的性質により、従来のボイド装置
では次のような欠点を有している。Due to such physical properties of water, the conventional void device has the following disadvantages.

すなわち、火炉水壁４は多数並設された伝熱管14内を
流れる流体について、圧力は瞬時に伝わるため一様と考
えてよいが、エンタルピは火炉内での伝熱管14の位置、
あるいはバーナの点火や消化に伴う火炉水壁各部の熱吸
収分布の変化により、定常的にも、過渡的にも変化があ
る。特に流体圧力が低い領域では、わずかのエンタルピ
上昇によりボイド率が大幅に上昇し、このことは伝熱管
14内の流体圧力が低い領域で、熱吸収が偏つて増加する
伝熱管群があると、その伝熱管群内の液相が急激に押し
出されて、気水分離器ドレンタンク６の水位を急速に上
昇させ、プロツペン現象と呼ばれる状態となる。That is, the furnace water wall 4 may be considered to be uniform because the pressure is instantaneously transmitted for the fluid flowing through the heat transfer tubes 14 arranged in parallel, but the enthalpy is determined by the position of the heat transfer tubes 14 in the furnace,
Alternatively, there is a steady or transient change due to a change in the heat absorption distribution of each part of the furnace water wall due to the ignition and burning of the burner. Particularly in the region where the fluid pressure is low, a slight increase in the enthalpy significantly increases the void fraction,
When there is a heat transfer tube group in which the heat absorption is biased and increased in a region where the fluid pressure in the region 14 is low, the liquid phase in the heat transfer tube group is rapidly pushed out, and the water level in the steam-water separator drain tank 6 is rapidly increased. To a state called plot pen phenomenon.

このプロツペン現象が生じると、気水分離器ドレンタ
ンク６の水位制御系では、再循環流量調節弁８の開度を
増し、場合によつてはドレンタンクオーバーフロー弁９
も併用して、気水分離器ドレンタンク６の水位を下げよ
うとする。しかし、プロツペン現象はあくまでも火炉水
壁４（伝熱管14）内の液相が押し出される一時的なもの
で、伝熱管14内がほとんど気相になると、直ちに気水分
離器ドレンタンク６に流入するドレン量が減少し、水位
も急低下する。When this plotting phenomenon occurs, in the water level control system of the steam / water separator drain tank 6, the opening of the recirculation flow control valve 8 is increased, and in some cases, the drain tank overflow valve 9
To lower the water level of the steam separator drain tank 6. However, the Ploppen phenomenon is only a temporary phenomenon in which the liquid phase in the furnace water wall 4 (heat transfer tube 14) is extruded. When the heat transfer tube 14 becomes almost gas phase, it immediately flows into the steam separator drain tank 6. The amount of drain decreases and the water level drops sharply.

ところが、この水位の急上昇後の急低下が次のような
問題をもたらす。すなわち第１に、再循環ポンプ７が蒸
気が吸込むとキヤビテーシヨンによりポンプが破壊され
るため、これを防ぐため急速に再循環流調弁8,ドレンタ
ンクオーバーフロー弁９をそれぞれ絞らなければならな
い。また第２に、再循環流量調節弁８を急に閉じること
により、ボイラ再循環量が急減し、火炉水壁４への給水
量が低下し、ボイラ給水流量調節弁41を直ちに開いて給
水しなければならない。このときの給水増加が間に合わ
ず、火炉水壁４への給水量が最低保護給水量を下回り、
ボイラ装置を急停止することがしばしば起こる。However, the sudden drop after the sudden rise of the water level causes the following problems. That is, first, when steam is sucked into the recirculation pump 7, the pump is destroyed by the cavitation. To prevent this, the recirculation flow regulating valve 8 and the drain tank overflow valve 9 must be rapidly throttled. Secondly, by suddenly closing the recirculation flow control valve 8, the boiler recirculation amount sharply decreases, the water supply to the furnace water wall 4 decreases, and the boiler water supply flow control valve 41 is immediately opened to supply water. There must be. At this time, the increase in water supply was not enough, and the amount of water supplied to the furnace water wall 4 fell below the minimum protection water supply.
It often happens that the boiler equipment is stopped suddenly.

このようなことから以前よりボイラ装置では再循環流
量調節弁８、ドレンタンクオーバーフロー弁９、ボイラ
給水流量調節弁41の急速操作を図るため、高価の急速弁
駆動装置を採用したり、制御装置の応答性を改善するな
どの工夫がなされていたが、これにも限度があり、結
局、起動時間の短縮を犠牲にして燃料投入量の制限を行
なわざるを得なかつた。For this reason, in the boiler apparatus, an expensive quick valve driving device has been employed in the boiler device in order to quickly operate the recirculation flow rate control valve 8, the drain tank overflow valve 9, and the boiler feed water flow rate control valve 41, and a control device has been used. Although some measures were taken to improve the responsiveness, there was a limit to this, and in the end, the fuel injection amount had to be limited at the expense of shortening the startup time.

近年の民生用電力需要増大に伴う昼夜の電力消費量差
の拡大，ベースロードとして一定負荷を受け持つ原子力
発電プラントの増加の影響を受けて、火力プラントの短
時間起動性能の向上は不可欠となつてきているが、その
実現のあい路となつている上述のプロツペン現象を起動
時の昇圧制御により解決する手段として本発明者は既に
「ボイラ装置」（特願59−145927号〔特開昭61−24904
号〕）を提案している。Due to the increase in power consumption difference between day and night due to the recent increase in consumer power demand, and the increase in nuclear power plants that carry a constant load as a base load, it has become essential to improve the short-time startup performance of thermal power plants. However, the present inventor has already proposed a "boiler apparatus" (Japanese Patent Application No. 59-145927 [Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 24904
No.]).

当該発明の実施例を以下説明する。第９図は、実施例
に係るタービンバイパス弁11の開度を制御する制御装置
の系統図である。火炉水壁４を構成する多数の伝熱管14
は隣接するものどうしで各ヘツダによりまとめられてお
り、各出口側ヘツダには火炉水壁出口流体温度検出器26
が付設されている。これら各温度検出器26から出力され
た温度信号は信号平均装置43により平均化され、その平
均値が気水分離器５の圧力目標値を算出する関数発生器
28に入力される。An embodiment of the present invention will be described below. FIG. 9 is a system diagram of a control device for controlling the opening of the turbine bypass valve 11 according to the embodiment. Many heat transfer tubes 14 constituting the furnace water wall 4
Are integrated by adjacent headers, and each outlet side header has a furnace water wall outlet fluid temperature detector 26
Is attached. The temperature signals output from these temperature detectors 26 are averaged by a signal averaging device 43, and the average value is used as a function generator for calculating a target pressure value of the steam separator 5.
Entered in 28.

この関数発生器28は、第10図に示すような特性曲線を
有している。すなわち、火炉水壁出口平均流体温度（気
水分離器入口流体温度）に対応する飽和蒸気圧力曲線34
よりバイアス値50だけ高い目の設定曲線35が設けられて
いる。This function generator 28 has a characteristic curve as shown in FIG. That is, the saturated steam pressure curve corresponding to the average fluid temperature at the furnace water wall outlet (fluid temperature at the steam-water separator inlet) 34
An eye setting curve 35 higher than the bias value 50 is provided.

一方、気水分離器５には気水分離器圧力検出器27が付
設されており、この圧力検出器27からの検出信号を減算
器29に入力し、比例積分器30により前記気水分離器圧力
検出器27からの検出信号を前記関数発生器28から出力さ
れる目標値に一致させるプロツペン低減信号31を出力す
る。On the other hand, the steam-water separator 5 is provided with a steam-water separator pressure detector 27, and a detection signal from the pressure detector 27 is input to a subtractor 29, and the steam-water separator pressure detector 27 outputs the detected signal from a proportional integrator 30. A plot pen reduction signal 31 for matching the detection signal from the pressure detector 27 with the target value output from the function generator 28 is output.

信号32はタービンバイパス弁11の基本操作信号で、こ
の信号32と前記プロツペン低減信号31とが低信号選択器
33に入力され、低開度を与える操作信号が選択されてタ
ービンバイパス弁11を操作する。すなわちこの制御装置
により、気水分離器５の圧力は関数発生器28より算出さ
れる目標値と等しいか、それより高く維持されるように
制御される。A signal 32 is a basic operation signal of the turbine bypass valve 11, and the signal 32 and the plot pen reduction signal 31 are a low signal selector.
An operation signal input to 33 and giving a low opening is selected to operate the turbine bypass valve 11. That is, the control device controls the pressure of the steam separator 5 to be equal to or higher than the target value calculated by the function generator 28.

この制御装置により、気水分離器５の圧力をその入口
平均流体温度に対応する飽和圧力より高くする理由につ
いて次に説明する。The reason why the pressure of the steam separator 5 is made higher than the saturation pressure corresponding to the inlet average fluid temperature by the control device will be described below.

第11図（ａ），（ｂ）は、本発明を適用しない場合の
火炉水壁４の出口側における流体エンタルピと流体温度
の分布を模式的に示す図である。図中の曲線44は流体エ
ンタルピ分布曲線，直線47は火炉水壁４の出口側の流体
平均温度に対応する飽和水エンタルピ，斜線の領域49は
気泡の存在範囲，曲線45は火炉水壁４の出口側における
流体温度分布，直線46は火炉水壁４の出口側における平
均温度をそれぞれ火炉水壁４の伝熱管14との位置対応で
示している。FIGS. 11 (a) and 11 (b) are diagrams schematically showing the distribution of fluid enthalpy and fluid temperature at the outlet side of the furnace water wall 4 when the present invention is not applied. In the figure, a curve 44 is a fluid enthalpy distribution curve, a straight line 47 is a saturated water enthalpy corresponding to the fluid average temperature on the outlet side of the furnace water wall 4, a hatched area 49 is a bubble existing range, and a curve 45 is a curve of the furnace water wall 4. The fluid temperature distribution on the outlet side and the straight line 46 show the average temperature on the outlet side of the furnace water wall 4 in correspondence with the position of the heat transfer tube 14 on the furnace water wall 4, respectively.

図に示すようにエンタルピ分布曲線44が直線48を越え
ると流体の熱平衡乾き度が正となる。サブクール沸騰に
より飽和水エンタルピ48よりもエンタルピが少し低い範
囲が気泡の存在範囲49となる。この場合、火炉水壁４か
らの蒸発が零になれば、それ以上気水分離器の圧力を上
昇することはできないが、サブルール沸騰が存在するの
で、気水分離器入口流体平均温度に対応する飽和圧力よ
り若干高目の圧力まで昇圧可能で、この状態は火炉水壁
４内の気泡はサブクールボイドのみとなる。As shown in the figure, when the enthalpy distribution curve 44 exceeds the straight line 48, the thermal equilibrium dryness of the fluid becomes positive. A range where the enthalpy is slightly lower than the saturated water enthalpy 48 due to the subcooled boiling is the bubble existence range 49. In this case, if the evaporation from the furnace water wall 4 becomes zero, the pressure of the steam separator cannot be further increased, but the sub-rule boiling exists, which corresponds to the average fluid temperature at the steam inlet of the steam separator. The pressure can be raised to a pressure slightly higher than the saturation pressure. In this state, the bubbles in the furnace water wall 4 are only subcool voids.

従がつてこのような状態を維持することにより、プロ
ツペン現象による悪影響を回避した起動が実現できるの
である。Accordingly, by maintaining such a state, it is possible to realize a start-up avoiding the adverse effect of the plot pen phenomenon.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

以上述べたように第９図に示す発明（特願59−145927
号〔特開昭61−24904号〕）はプロツペン現象対策とし
て有効な発明であるが、以下に述べる未解決な問題点が
ある。As described above, the invention shown in FIG. 9 (Japanese Patent Application No. 59-145927)
Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-24904) is an effective invention as a countermeasure against the plot pen phenomenon, but has the following unsolved problems.

１）火炉水壁４出口流体エンタルピの分布特性相違が制
御に反映されない。1) The distribution characteristic difference of the fluid enthalpy at the outlet of the furnace water wall 4 is not reflected in the control.

２）流体圧力の相違による流体物性値の相違が制御に反
映されにくい。2) Differences in fluid property values due to differences in fluid pressure are not easily reflected in control.

３）プラントウオーミング蒸気の確保が難しい。3) It is difficult to secure plant warming steam.

１）項については、第13図と第14図に典形的な例を示
すように、平均温度46は等しくても火炉水壁４出口流体
エンタルピの分布が異なり、それに従がつてボイド率の
分布も異なる（第７図参照）ため、当然火炉水壁４内の
気泡体積総量には大きな差があつて、プロツペン現象対
策の緊急性は全く違う状況であるにもかかわらず、同一
の制御動作が行なわれるということである。Regarding item 1), as shown in a typical example in FIGS. 13 and 14, even though the average temperature 46 is equal, the distribution of the fluid enthalpy at the outlet of the furnace water wall 4 is different. Since the distribution is also different (see FIG. 7), there is naturally a large difference in the total volume of bubbles in the furnace water wall 4, and although the urgency of countermeasures against the Photpen phenomenon is completely different, the same control operation is performed. Is performed.

２）項については、火炉水壁４出口の流体エンタルピ
分布が同一であつたとしても、流体圧力が異なれば圧力
に依存する物性値相違により、火炉水壁４内の気泡体積
総量が異なるが、第９図の装置では、流体圧力の相違に
より検出される気水分離器入口流体温度の範囲がだいた
い決定される（サブクール域であるため飽和温度よりや
や低い範囲となる）ことを利用し、検出温度毎に圧力バ
イアス50を変化させて、物性値相違の問題に間接的に対
処できるのみである。この場合第10図の圧力目標値35の
設定は、上述の問題を考慮する必要があつて面倒である
上、入口流体温度も当然、圧力の影響以外の外乱（火炉
水壁４の出口エンタルピ分布等）を受けるため、上述の
問題の本質的な解決にはならない。Regarding the term 2), even if the fluid enthalpy distribution at the outlet of the furnace water wall 4 is the same, if the fluid pressure is different, the total volume of bubbles in the furnace water wall 4 is different due to the difference in physical property values depending on the pressure. The apparatus of FIG. 9 utilizes the fact that the range of the fluid temperature at the inlet of the steam separator detected by the difference in the fluid pressure is generally determined (it is a range slightly lower than the saturation temperature because of the subcool range). It is only possible to indirectly address the problem of physical property differences by changing the pressure bias 50 for each temperature. In this case, the setting of the pressure target value 35 in FIG. 10 is troublesome because it is necessary to consider the above-described problem, and the inlet fluid temperature is naturally a disturbance other than the influence of the pressure (the outlet enthalpy distribution of the furnace water wall 4). ) Does not provide an essential solution to the above problem.

３）項については、ボイラ装置の起動時において、そ
の配管類等をウオーミングするため起動初期において少
量の蒸気をタービンバイパス弁11等へ流し、ボイラ内に
蒸気流を作る必要があるが、第９図の装置では、そのよ
うな配慮なしにタービンバイパス弁11が全閉となつてし
まう場合がある。Regarding item 3), when the boiler device is started, a small amount of steam needs to flow to the turbine bypass valve 11 and the like at the initial stage of the start-up to warm up the piping and the like to create a steam flow in the boiler. In the illustrated device, the turbine bypass valve 11 may be fully closed without such consideration.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

要するに本発明は、プロツペン現象は本質的に火炉水
壁４内の気泡の総体積に依存して発生し、またウオーミ
ング蒸気等の確保のために、当該総体積が適正量必要で
あることに着目し、以下の手段でこれを検出し、蒸気圧
力を調節して、これを適正量に制御することにより問題
解決をはかるものである。In short, the present invention focuses on the fact that the Ploppen phenomenon essentially occurs depending on the total volume of bubbles in the furnace water wall 4, and that an appropriate amount of the total volume is necessary for securing warming steam and the like. Then, this is detected by the following means, the steam pressure is adjusted, and this is controlled to an appropriate amount to solve the problem.

１）火炉水壁４の流体圧力，出口流体温度の空間分布を
計測する。1) The spatial distribution of the fluid pressure of the furnace water wall 4 and the outlet fluid temperature is measured.

２）１）で得た情報により火炉水壁４出口流体温度がサ
ブクール域にある範囲のエンタルピ分布を算出し、出口
流体が飽和温度に達している範囲はサブクール域の分布
曲線の延長としてエンタルピ分布曲線を推定する。（第
２図参照） ３）２）で得たエンタルピ分布より第７図を用いてボイ
ド率分布を求め、火炉水壁４内の気泡総体積を算出す
る。2) Based on the information obtained in 1), the enthalpy distribution in the range where the outlet fluid temperature of the furnace water wall 4 is in the subcooled region is calculated, and the enthalpy distribution in the range where the outlet fluid reaches the saturation temperature is an extension of the distribution curve in the subcooled region. Estimate the curve. (See FIG. 2) 3) The void fraction distribution is obtained from FIG. 7 from the enthalpy distribution obtained in 2), and the total volume of bubbles in the furnace water wall 4 is calculated.

４）３）で得た気泡総体積が適正値となるよう圧力制御
操作端を駆動する。4) The pressure control operation end is driven so that the total bubble volume obtained in 3) becomes an appropriate value.

〔作 用〕(Operation)

ボイラ装置の起動において、プロツペン現象に伴う問
題が発生するのは、点火後から通気圧力に到達するまで
の昇圧初期で、前述したように飽和水と飽和蒸気の比容
積差が大で、わずかなエンタルピ上昇でボイド率が大幅
に上昇する低蒸気圧力領域に限られ、このような昇圧初
期においてはウオーミングを除いてボイラ装置は蒸気を
発生する必要はないので火炉水壁４出口蒸気の乾き度
（発生蒸気量に比例する）をあまり大とする必要はな
い。When starting the boiler device, the problem caused by the plot pen phenomenon occurs during the initial stage of pressure increase from ignition to the time when the ventilation pressure is reached, and as described above, the specific volume difference between saturated water and saturated steam is large. It is limited to a low steam pressure region in which the void ratio is greatly increased by an increase in enthalpy, and in such an initial stage of pressure increase, the boiler device does not need to generate steam except for warming. Therefore, the dryness of steam at the outlet of the furnace water wall 4 ( (Proportional to the amount of generated steam) need not be so large.

本発明は火炉水壁４出口の乾き度が大（エンタルピ
高）で火炉水壁４出口の流体エンタルピが全面的に飽和
水エンタルピを越えると、その温度は飽和温度一定とな
る状態に対しては、無条件で圧力を上昇するよう操作を
指令し、飽和条件の上昇により火炉水壁４出口の一部を
サブクール状態に移行させることにより前述の手段２）
を適用可能とする。このような操作を行なうことは従
来、無益に排出していた発生蒸気を低減し、必要十分な
蒸気発生へ移行するという作用である。The present invention relates to a condition in which the temperature of the furnace water wall 4 is high (enthalpy high) and the fluid enthalpy at the outlet of the furnace water wall 4 entirely exceeds the saturated water enthalpy. The above-mentioned means 2) by instructing an operation to unconditionally increase the pressure and shifting a part of the outlet of the furnace water wall 4 to the subcool state by increasing the saturation condition.
Is applicable. Performing such an operation has the effect of reducing the amount of generated steam that has conventionally been discharged unnecessarily and shifting to necessary and sufficient steam generation.

〔発明の実施例〕(Example of the invention)

第１図に本発明の実施例を示す。従来技術と同様に火
炉水壁４出口の流体温度信号複数を入力し、蒸気圧力信
号と共に用いてエンタルピ分布推定値102を算出するエ
ンタルピ分布推定器101、エンタルピ分布推定値102の信
号群を受け流体圧力に依存する飽和水，飽和蒸気の比容
積を考慮して火炉水壁４内の気泡体積推定値107を算出
する気泡体積総量算出部103が本発明の中心である、気
泡体積推定値107は、ウオーミング蒸気必要量に応じて
設定される目標値104と比較され、その偏差のPI制御で
気泡体積が過大なら昇圧方向に、過小なら減圧方向にタ
ービンバイパス弁11の開度をそれぞれ減、増する補正信
号31を発生する。なお図中の105は信号減算器、106は比
例積分器である。FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. As in the prior art, a plurality of fluid temperature signals at the outlet of the furnace water wall 4 are input, and an enthalpy distribution estimator 101 for calculating an enthalpy distribution estimated value 102 using the steam temperature signal together with a steam pressure signal. The bubble volume total amount calculation unit 103 which calculates the bubble volume estimation value 107 in the furnace water wall 4 in consideration of the specific volume of saturated water and saturated steam depending on the pressure is the center of the present invention. Is compared with a target value 104 set according to the required amount of warming steam, and the PI control of the deviation decreases or increases the opening of the turbine bypass valve 11 in the pressure increasing direction if the bubble volume is excessive, and decreases in the pressure decreasing direction if the bubble volume is excessively small. A correction signal 31 is generated. In the figure, reference numeral 105 denotes a signal subtractor, and 106 denotes a proportional integrator.

エンタルピ分布推定器101は次の作用を行なう。 The enthalpy distribution estimator 101 performs the following operation.

１）圧力信号27により対応する飽和温度を蒸気表より求
める。1) The saturation temperature corresponding to the pressure signal 27 is obtained from the steam table.

２）流体温度信号26のうち１）で求めた飽和温度以下の
信号を選ぶ。2) Select a signal of the fluid temperature signal 26 which is lower than the saturation temperature obtained in 1).

３）２）で選んだ温度信号に対応するエンタルピを圧力
信号27の条件下で蒸気表を用いて求める。3) The enthalpy corresponding to the temperature signal selected in 2) is obtained using the steam table under the condition of the pressure signal 27.

４）３）で求めたエンタルピ信号をhjとしその信号の検
出点位置をujとするとき信号の組（uj,hj）で適合する
放物線を最小二乗法で求める。4) When the enthalpy signal obtained in 3) is hj and the detection point position of the signal is uj, a parabola suitable for the set of signals (uj, hj) is obtained by the least square method.

すなわち下記の放物線 ｈ＝ａ（ｕ−ｂ）^２＋ｃ ……（１） を仮定し、信号の組（uj,hj）によくあてはまるようa,
b,cを決定する。That is, assuming the following parabola h = a (ub) ² + c (1), a, a,
Determine b and c.

この場合放物線よりだ円がよくあてはまる場合は次式
を用いてa,b,cを決定する。In this case, if the ellipse fits better than the parabola, a, b, and c are determined using the following equations.

５）得られた（１）式または（２）式を用いて、流体温
度が飽和温度一定となつている検出点部分のエンタルピ
を推定する。この信号102は推定値であることからその
値を とする。 5) Using the obtained equation (1) or (2), the enthalpy at the detection point where the fluid temperature is constant at the saturation temperature is estimated. Since this signal 102 is an estimated value, its value is And

気泡体積総量算出器103は次の作用を行なう。 The bubble volume total amount calculator 103 performs the following operation.

１）圧力信号27に対応する飽和水エンタルピｈ′，飽和
蒸気エンタルピｈ″，飽和水比容積ｖ′，飽和蒸気比容
積ｖ″を蒸気表により求める。1) The saturated water enthalpy h ′, the saturated steam enthalpy h ″, the saturated water specific volume v ′, and the saturated steam specific volume v ″ corresponding to the pressure signal 27 are obtained from a steam table.

２）各検出点に相当する乾き度推定値 を下式で求める。2) Estimated dryness value corresponding to each detection point Is calculated by the following equation.

３）各検出点に相当するボイド率推定値 を求める。 3) Estimated void fraction corresponding to each detection point Ask for.

ここで（４）式は熱平衡ボイド率として計算を行なつ
ているが、もし、サブクール沸騰を考慮したボイド率と
して正確を期す際は にミロポルスキー実験式等を適用すればよい、（赤川：
「気液二相流」：コロナ社機械工学大系11を参照）。 Here, equation (4) is calculated as the thermal equilibrium void fraction. However, if the void fraction considering subcooled boiling is to be accurate, It is sufficient to apply the Miropolsky empirical formula, etc. to (Akakawa:
"Gas-liquid two-phase flow": see Corona Mechanical Engineering System 11).

第２図ならびに第３図は流体温度ならびに流体エンタ
ルピ特性図で、図中108は流体温度測定値、109は流体エ
ンタルピ算出値、110は流体エンタルピ推定値、111はサ
ブクール沸騰を考慮しない気泡存在範囲、112はサブク
ール沸騰を考慮した気泡存在範囲、113は飽和水エンタ
ルピである。2 and 3 are fluid temperature and fluid enthalpy characteristic diagrams, in which 108 is a measured fluid temperature, 109 is a calculated value of the fluid enthalpy, 110 is an estimated value of the fluid enthalpy, and 111 is a bubble existence range without considering subcooled boiling. , 112 is a bubble existence range in consideration of subcooled boiling, and 113 is a saturated water enthalpy.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明の適用により、プロツペン現象により起こる以
下の諸問題が解決できる。By applying the present invention, the following problems caused by the plot pen phenomenon can be solved.

１）水位急上昇に伴うドレンタンクオーバーフロー弁の
ドレン放出による熱損失が低減できる。1) The heat loss due to the drain discharge of the drain tank overflow valve caused by the rapid rise in the water level can be reduced.

２）水位急低下による再循環ポンプのキヤビテーシヨン
が防げる。2) Recirculation pump cavitation due to sudden drop in water level can be prevented.

３）水位急低下によるボイラ再循環量の急減が抑制さ
れ、火炉水壁保護給水量の不足が防止できる。3) Sudden decrease in the boiler recirculation amount due to a rapid drop in water level is suppressed, and shortage of furnace water wall protection water supply amount can be prevented.

４）プロツペン現象の発生により抑制されていた起動時
における燃料量の投入量制限、バーナパターンの制限が
緩和される。4) The restriction on the amount of injected fuel and the restriction on the burner pattern at the time of start-up, which have been suppressed due to the plot pen phenomenon, are alleviated.

５）上述１）〜４）の解決にあたり、火炉水壁４出口エ
ンタルピ分布が変動しても適格な制御が行なえる。5) In solving the above 1) to 4), even if the enthalpy distribution at the outlet of the furnace water wall 4 fluctuates, appropriate control can be performed.

６）上述１）〜４）の解決にあたり、流体圧力の影響が
適格に反映され、また、その反映にあたり、特別な調整
を要しない。6) In solving the above 1) to 4), the influence of the fluid pressure is properly reflected, and no special adjustment is required for the reflection.

７）上述の１）〜４）の解決にあたり、起動初期のウオ
ーミング蒸気の確保を考慮した制御が行なえる。7) In solving the above 1) to 4), control can be performed in consideration of securing the warming steam in the initial stage of the startup.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第１図は本発明の実施例に係るボイラ制御装置の要部ブ
ロツク図、第２図ならびに第３図はその制御装置の動作
特性図、第４図はボイラ装置のブロツク図、第５図は伝
熱管内の気泡模式図、第６図は伝熱管内のエンタルピ／
ボイド率分布模式図、第７図はエンタルピとボイド率と
の関係特性図、第８図は圧力とボイド率との関係特性
図、第９図は従来のボイラ制御装置のブロツク図、第10
図は気水分離器入口の流体温度と流体圧力との関係特性
図、第11図，第12図，第13図ならびに第14図は流体温度
と流体エンタルピの分布特性図である。 101……エンタルピ分布推定器、102……エンタルピ分布
推定値、103……気泡体積総量算出器、104……気泡体積
総量目標値。FIG. 1 is a block diagram of a main part of a boiler control device according to an embodiment of the present invention, FIGS. 2 and 3 are operating characteristic diagrams of the control device, FIG. 4 is a block diagram of a boiler device, and FIG. FIG. 6 is a schematic diagram of bubbles in a heat transfer tube, and FIG.
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between enthalpy and void ratio, FIG. 8 is a diagram showing the relationship between pressure and void ratio, FIG. 9 is a block diagram of a conventional boiler control device, and FIG.
The figure is a characteristic diagram showing the relationship between the fluid temperature and the fluid pressure at the inlet of the steam separator, and FIGS. 11, 12, 13 and 14 are graphs showing the distribution characteristics of the fluid temperature and the fluid enthalpy. 101: enthalpy distribution estimator, 102: enthalpy distribution estimated value, 103: total bubble volume calculator, 104: total bubble volume target value.

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】火炉水壁の下流側に気水分離器，気水分離
器ドレンタンクならびに蒸気抜き出し量調節弁を備え、
前記火炉水壁の出口の複数箇所の流体温度を検出する温
度検出器と、その温度検出器からの検出信号に基づいて
前記蒸気抜出し量調節弁の開度を操作するボイラ制御装
置において、前記複数箇所の流体温度信号より前記火炉
水壁内の気泡体積の総量を推定し、これを適正値に維持
するように前記調節弁開度を算出することを特徴とする
ボイラ制御装置。1. A steam-water separator, a steam-water separator drain tank, and a steam extraction amount control valve are provided downstream of a furnace water wall.
A temperature detector that detects fluid temperatures at a plurality of points at the outlet of the furnace water wall, and a boiler control device that operates an opening of the steam extraction amount control valve based on a detection signal from the temperature detector. A boiler control device comprising: estimating a total volume of bubbles in the furnace water wall from a fluid temperature signal at a location, and calculating the control valve opening so as to maintain the bubble volume at an appropriate value. 【請求項２】特許請求範囲第（１）項に記載のボイラ制
御装置において、かかる複数箇所の流体温度信号の空間
的分布形状から、当該火炉水壁出口流体のエンタルピ分
布形状を推定し、これを用いて前記気泡体積の総量を算
出することを特徴とするボイラ制御装置。2. The boiler control device according to claim 1, wherein the enthalpy distribution shape of the fluid at the outlet of the furnace water wall is estimated from the spatial distribution shape of the fluid temperature signals at the plurality of locations. A boiler control device for calculating the total amount of the bubble volume using