JPS613904A - ドラムレベル制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本゛発明はボイラ装置のドラムの水位を制御するドラム
レベル制御装置に係り、特にその水位に急激な変動が生
じる蒸気ドラム、フラッシュタンク、気水分離器タンク
を有するボイラ装置に好適なドラムレベル制御装置に関
する。

〔発明の背景〕

例えば、蒸気ドラムを有するボイラにおいては、空缶焚
き、キャリオーバー（過熱器へのドラム水のオーバーフ
ロー）等を防止するために、その蒸気ドラムの水位（ド
ラムレベル）をボイラ負荷の如何にかかわらず許容限界
内に保持する必要がある。このため、給水調節弁又は給
水ポンプの回転数を適宜調節して給水を制御することに
よりドラムレベル制御が行なわれる。

このような給水制御方式には、ドラムレベルを要素とす
る１要素制御方式（小容量ボイラに使用される。）、ド
ラムレベルと蒸気流量を要素とする２要素制御方式、な
らびにドラムレベル、主蒸気流量、および給水流量を要
素とする６要素制御方式がある。このうち、６要素制御
方式は各ボイラ負荷における主蒸気流量（外部に持ち去
られる蒸気量）と給水流量を等しくすることによりドラ
ム（火炉氷壁管、上昇管および下降管を含む）の保有水
を一定にしてバランスを保持するように制御するととも
に、ドラムレベルを設定値に一致するように制御する方
式である。以下、この方式を図により説明する。

第６図は従来の６要素制御力式によるドラムレベル制御
装置の系統図である。図で、１はｉう゛ムレベルを検出
し、これに応じた信号を出力するドラムレベル針、２は
ドラムからの蒸気の流量を検出し、これに応じた信号を
出力する主蒸気流量針、６はドラムに供給される給水の
流量を検出し、これに応じた信号を出力する給水流量計
である。４はドラムレベルを任意の値に設定するレベル
設定器・５はドラムレベル計１から出力される信号とレ
ベル設定器４に設定された値とを比較してその偏差を演
算する減算器である。６は主蒸気流量計２と給水流量計
３の信号を入力し、両者の偏差を演算する減算器である
。７は減算器５と減算器乙の偏差を加算する加算器、８
は加算された偏差を比例、積分するＰＩ調節器、９は自
動／手動切換（器である。１０は手動で、又はＰＩ調節
器８の出力に応じてドラムへの給水を制御する給水流量
制御弁である。この６要素制御力式はよく知られている
ので、その動作の説明は省略する。

ところで、ドラムレベルは、急激な温度変化や伝熱量の
変化によってドラムおよび木管中の気泡量が変化し、一
時的に逆応答が発生する。以下、この逆応答について説
明する。

例えば・負荷が急１増加した場合〕ｌう側０熱エネルギ
レベルの上昇はボイラ時定数の時間だけ遅れて上昇する
。この間、負荷（タービン）がボイラから蒸気を呑込む
蒸気呑込み量の方がボイラ発生蒸気量より多くなる。こ
のため、ボイラ圧力は急激に低下する。このボイラ圧力
の急低下により、火炉氷壁中の飽和水が自己蒸発し、そ
の気泡によりドラムレベルは一時的に上昇する。この結
果、減算器５からの出力信号は、負荷が増加してボイラ
発生蒸気量を多くし給水量を増加しなければならない状
態にあるにもかかわらず、給水量を減少する方向の信号
となり、前記制御装置は逆の動作を行なうことになる。

即ち、ボイラ負荷と　　　゛給水量とはほぼ１対１の比
例関係にあるから、負荷増加時に給水量を減少させよう
とする上記の動作は明らかに逆の動作である。そして、
このような逆動作は、負荷変化中のドラムレベルの安定
性を著るしく損なうことになる。

一方、負荷が急に減少した場合には、前述のように負荷
側（タービン側）の応答がボイラ側より先行する（事業
用火力の場合−１給電指令に対し発電量を優先させるの
でタービン側の応答が先行する）ため、主蒸気流量の減
少が給水流量の減少より早くなり、相対的に給水量が増
加する。ところで、ボイラ燃料は先行制御によりすでに
充分減少しているため、上記のよう恒給水量が相対的に
急増′を村蒸、発部０流体が冷却＊　、ｉ’Ｌ　Ｔ水管
中０気泡−が減少し、一時的なドラムレベルの低下を生
じる。

又ミ；：、、（１）　）″′Ａ　ｋ　＜　Ａｔ　（７）
低下は他０原因１よ°１も生、しる。即ち、負荷が急に
降下して蒸気呑込み量が縁少するとドラム圧力が増大し
、蒸気圧が出御してドラムレベルを低下させるのである
。この結果、減算器やからの出力信号は、負荷が減少し
てボイラ発生蒸気量を抑え給水量全減少しなければなら
ない状態にあるにもかかわらず、給水量を増加する方向
の信号となり、前記制御装置は逆の動作を行なうことに
なる。そして、このような逆動作が負荷変化中のドラム
レベルの安定性を著るしく損なうことになるのは、さき
に述べた負荷増加の場合と同じである。

さらに、負荷変化中のドラムレベルの安定性を得ようと
してドラムレベル逆応答による外乱を少なくすべく、ド
ラムレベル偏差による給水量調節ゲインを小さくすると
、負荷変化後ドラムレベルが所定のレベルに到達する時
間が長くなったり、又、外乱によるドラムレベルの安定
性が低下するという好ましくない結果を生じることにな
る。

〔発明の目的〕

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり
、その目的は、上記従来の問題点を解決し、負荷の急な
変化やボイラ装置を構成する機器の故障により発生する
逆応答等の外乱を防止することができ、ドラムレベルを
安定に保持することができるド、ラムレベル制御装置を
提供するにある、〔発明の概要〕 この目的を達成するため、本発明は、ドラ、ム圧力又は
主蒸気圧力の変化の割−合を演算する演算手段、および
給水量と主蒸気流量の相対的変化の割合を演算する演算
手段のうちの一方又は両方を設け、演算により得られた
値に基づいて、ドラムレベル検出値とドラムレベル設定
値との偏差を補正するようにしたことを特徴とする。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を第１図に示す実施例に基づいて説明する
。

第１図は本発明の実施例に係るドラムレベル制御装置の
系統図である。図で、第６図に示す部分と同一部分には
同一符号を付して説明を省略する。

−“′ １１はドラムの圧力又は主蒸気圧力を検出し、これに応
じた信号を出力するドラ台圧力計である。

１２はドラム圧力計１１の出力信号に対応した係数を生
じる関数発生器、−１６はドラムレベル計１１　　の出
力信号に前記係数を乗じる乗ｎ器である。上記関数発生
器１２と乗算器１３によりドラムレペイの圧力補正回路
が構成される。即ち、ドラムレベルの検出値はドラム圧
力により変化するので、上記圧力補正回路により適宜補
正する。１４はドラム圧力計１１の出力信号を入力する
ドラムレベル逆応答補正回路であり、−次遅れ要素１５
、減算器１６および関数発生器１７で構成されている。

１８は減算器６の出力信号を入力するドラムレベル逆応
答補正回路であり、前記のドラムレベル逆応答補正回路
１４と同じく、−次遅れ要素１９、減算器２０および関
数発生器２１で構我されている。２６は減算器５の偏差
信号および各ドラムレベル逆応答補正回路１４．１８（
７＞出力信号を加算する加算器である。２４は３要素制
御を行なう場合と単要素制御を行なう場合の信号切換器
、２５は信号発生器である。即ち、信号発生器２５を±
０％に設定すると、給水流量と主蒸気流量の偏差を０に
することとなり、この場合にはドラムレベル偏差のみに
よる制御となる。２６は加算器２３の信号と信号切換器
２４からの信号を加算す　　　　　゛る加算器である。

次に、本実施例の動作を第２図（α）乃至０）に示すタ
イムチャートを参照しながら説明する。まず、負荷の急
な増加がはじまると、従来の制御装置では主蒸気流量が
増加し、この増加は主蒸気流量計２で検出され、減算器
６からは、そのときの給水流量計６の検出信号との偏差
が出力され、この偏差はＰＩ検出器８を経て給水流量制
御弁１０を開き、給水流量を主蒸気流量の増加に見合う
だけ増加しようとする。しかしながら、前述のように、
負荷の増加に見合った燃料量の効果が現われるまでには
遅れがあるので、前述のようにドラム圧力が低下して木
管中の飽和水が自己蒸発し、ドラムレベルが上昇する。

したがって、減算器５からの偏差信号は給水流量制御弁
１０を閉じる動作を行・なわせる信号となり、この信号
により前記減算器６の偏差信号が打消される。この結果
、第２図（α）のようにある時点で負荷が増加したにも
かかわらず、給水流量の増加がはじまるのは、ドラムレ
ベルの逆応答が飽和した以降の時点になり、負荷変化に
対応した給水流量の追従・が遅れ、ドラムレベルの著る
しい低下とレベル不安定を招く。

しかしながら、本実施例ではドラムレベル逆応答補正回
路１４が設けられ、上述のドラムレベル逆応答の発生を
防止するものである。即ち、負荷が増加すると前述の如
く、第２図（ｂ）に示すようにドラム圧力が低下する。

ドラム圧力計１１からの出力は減算器１６に入力される
とともに一次遅れ要素１５に入力され、−次遅れ要素１
５からの出力は第２図（ｃ）に示すようにドラム圧力計
１１からの出力を遅延した信号となる。減算器１６では
第２図（ｂ）に示すドラム圧力信号と第２図（ｃ）に示
す遅延信号との偏差が演算される。この偏差信号はドラ
ム圧力計１１により検出されるドラム圧力の変化分に応
じた信号であり、第２図（祷に示される。

この偏差信号は関数発生器１７に入力され、関数発生器
１７からは入力した偏差信号に対応する値、即ち、上記
圧力の変化分に対応して換算されたレベル変化分がとり
出される。このレベル変化分が第２図（、ｌ）に示すレ
ベル逆応答補正信号となる。この場合、関数発生器１７
から出力され条しベル逆応答補正信号は給水流量制御弁
１０を開き給水流量を増加させる方向の信号である。こ
のレベル逆応答補正信号は加算器２３に入力され、減算
器５から出力された第２図Ｑ）に示す偏差信号、即ち給
水流量制御弁１０を閉じて給水流量を減少する方向の信
号と加算される。この結果、加算器２３ではドラム圧力
低下に起因するドラムレベル上昇分が打消され、加算器
２６からは第２図ω）に示すドラム圧力低下に起因しな
いドラムレベル偏差信号を得ることができる。このドラ
ムレベル偏差信号は加算器２６において、減算器６で得
られた主蒸気流量と給水流量の偏差信号と加算され、加
算された信号はＰＩｌ［部器８を経て給水流量制御弁１
０を制御する。このような制御により、給水流量制御弁
１０は給水流量の適切な増加を行なうことができ、ドラ
ムレベルの変動は小さくなり、ドラムレベルを安定させ
ることができる。

次に、負荷が急に下降した場合について述べると、従来
の制御装置では、前述のように主蒸気量の減少が給水流
量の減少より早く、相対的に給水流量が大きくなり、蒸
発部の流体が冷却されて水管中の気泡が減少し、かつ、
ドラム圧力の増大と相俟ってドラムレベルが低下し、こ
の結果、減算器５からは、負荷が減少しているにもかか
わらず給水流量制御弁１０を開いて給水流量を増加する
方向の信号が出力される。

しかしながら、本実施例ではドラムレベル逆応答補正回
路１８が設けられ、上述のドラムレベル逆応答の発生を
防止するものである。即ち、負荷が減少すると一時的に
給水流量と主蒸気流量め偏差が増加する。この偏差は、
給水流量の相対的増加分に相当する。減算器６からの偏
差は一時遅れ要素１９および減算器２０によりとり出さ
れ、関数発生器２１に入力されて対応するドラムレベル
変化分に換算され、レベル逆応答補正信号として加算器
２３に出力される。この補正信号は加算器２３に入力さ
れ、減算器５から出力される偏差信号、即ち給水流量制
御弁１０を開いて給水流量を増加する方向の信号と加算
される。この結果、加算器２３では主蒸気流量低下およ
びドラム圧力上昇に起因するドラムレベル下降分が打消
され、加算器２３からは給水流量急増に起因しないドラ
ムレベル偏差信号を得ることができる。これにより、給
水流量制御弁１０はこのドラムレベル偏差信号と減算器
６で得られた偏差信号とを加算した偏差信号により制御
され、給水量の追従が適切となってドラムレベルの変動
が小さくなり、ドラムレベルを安定させることができる
。

このように、本実施例では、ドラムレベル逆応゛答を補
正するため、−次遅れ要素、減算器および関数発生器に
よりドラム圧力、給水流量の変化分に応じたレベル変化
分を演算し、これをドラムレベル偏差に加算するように
したので、従来低目に設定せざるを得なかったドラムレ
ベル制御系のゲインを高い値とすることができ、このた
め、負荷急変時やボイラ装置を構成する機器の故障時に
発生す慝逆応答等の外乱に対してもドラムレベルの変化
を小さくシ、ドラムしベルを安定させることができる。

又、従来、ドラムボイラでは、負荷ランバックやＦＯＢ
等、ユニット出力急変に対してドラムレベルが変動する
ことが問題点の一つとなっていたが、ドラムレベルを安
定させることができるので、負荷ランパックやＦＯＲの
失敗要因の一つを解消することができる。

なお、負荷が急増した場合、主蒸気流量と給水流量の偏
差が負の偏差となって生じるので、この偏差をとらえて
逆応答補正回路１日により補正信号を得ることも可能で
あり、又逆に、負荷が急減した場合、前述のようにドラ
ム圧力が増大するので、この圧力変化をとらえて逆応答
補正回路１４により補正信号を得ることも可能である。

したがって、いずれか一方の逆応答補正回路が備えられ
ておれば必要な補正信号を得ることができる。さらに、
上記実施例の説明では、蒸気ドラムを例示して説明した
が、フラッシュタンク、気水分離器タンク、脱気器等の
レベル制御にも適用することができる。又、６要素制御
力式に対してだけでなく、２要素制御力式および１要素
制御力式に対しても適用できるのは当然である。さらに
、逆応答補正回路における演算手段には、圧力、相対的
給水の変化量を検出演算し、それに必要な係数を加えて
逆応答補正愈とする演算手段をも含むものである。　　
　　　　　　　− （発明の効果） 以上述べたように、本発明では、ドラム圧力又は主蒸気
圧力の変化の割合を演算する演算手段および給水量の相
対的変化の割合を演算する演算手段のうちのいずれか一
方又は両方を設け、演算により得られた値に基づいてド
ラムレベル検出値とドラムレベル設定値との偏差を補正
するようにしたので、負荷の急変やボイラ装置を構成す
る機器の故障によって発生する逆応答のような外乱を防
止することができ、ドラムレベルを安定に保持すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

ベル制御装置の動作を説明するタイムチャート、６　　
　　ｍ　３　ｍ　！″を従来″′″′Ａ′５“制御装置
０系統７１ある。 １・・・ドラムレベル計、２・・・主蒸気流量計、６・
・・給水流置針、４・・・レベル設定器、５，６゜１６
．２０・・・減算器、１０・・・給水流量制御弁、１１
・・・ドラム圧力計、１４．１８・・・逆応答補正回路
、１５．１９・・・−次遅れ要素、１７．２１・・・関
数発生器、２３・・・加算器。 第１図 第２図 ｊＩ＊

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、少なくともドラムレベル検出値とドラムレベル設定
   値との偏差に基づいてドラムへの給水を制御するドラム
   レベル制御装置において、ドラム発生蒸気に関連する圧
   力の変化の割合を演算する演算手段および給水量と主蒸
   気流量の相対的変化の割合を演算する演算手段のうちの
   少なくとも一方と、前記演算手段により得られた値に基
   づいて前記偏差を補正する補正手段とを設けたことを特
   徴とするドラムレベル制御装置。