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JPH0799246B2 - Boiler start control device - Google Patents

Boiler start control device

Info

Publication number
JPH0799246B2
JPH0799246B2 JP61076801A JP7680186A JPH0799246B2 JP H0799246 B2 JPH0799246 B2 JP H0799246B2 JP 61076801 A JP61076801 A JP 61076801A JP 7680186 A JP7680186 A JP 7680186A JP H0799246 B2 JPH0799246 B2 JP H0799246B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
signal
steam
valve
superheater
process model
Prior art date
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Application number
JP61076801A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS62233605A (en
Inventor
幸穂 深山
Original Assignee
バブコツク日立株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by バブコツク日立株式会社 filed Critical バブコツク日立株式会社
Priority to JP61076801A priority Critical patent/JPH0799246B2/en
Publication of JPS62233605A publication Critical patent/JPS62233605A/en
Publication of JPH0799246B2 publication Critical patent/JPH0799246B2/en
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  • Control Of Steam Boilers And Waste-Gas Boilers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ボイラ装置において、その起動を制御するボ
イラ起動制御装置に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a boiler start-up control device for controlling the start-up of a boiler device.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

ボイラの起動は、始動準備終了後、燃料系統を運転して
バーナに点火し、ボイラの昇圧,昇温を開始する。この
場合、ボイラ装置の各部が過熱したり、厚肉部に過大な
熱応力が発生したりすることのないように、適切な起動
制御を行なう必要がある。以下、従来の起動手段を図に
より説明する。
To start the boiler, after the start preparation is completed, the fuel system is operated, the burner is ignited, and pressurization and temperature rise of the boiler are started. In this case, it is necessary to perform appropriate start-up control so as not to overheat each part of the boiler device or to generate an excessive thermal stress in the thick part. The conventional starting means will be described below with reference to the drawings.

第3図は従来のボイラ起動制御装置の系統図である。図
で、1はボイラ火炉炉壁を構成する水壁、2はバーナ、
3は水壁1へ給水を行なうボイラ給水ポンプである。4
は気水分離器であり、給水が水壁1で加熱されることに
より生じる気水混合物を蒸気と水分に分離する。5は気
水分離器4からの蒸気を過熱する過熱器、6は給水ポン
プ3からの給水を予熱する節炭器、7は発電機に連結さ
れるタービンである。8は過熱器5とタービン7との間
に介在し、過熱器5からタービン7への蒸気量を加減す
るタービン加減弁である。
FIG. 3 is a system diagram of a conventional boiler starting control device. In the figure, 1 is a water wall constituting a boiler furnace wall, 2 is a burner,
Reference numeral 3 is a boiler water supply pump for supplying water to the water wall 1. Four
Is a steam-water separator, which separates a steam-water mixture generated by heating the feed water on the water wall 1 into steam and moisture. 5 is a superheater that superheats the steam from the steam separator 4, 6 is a economizer that preheats the feed water from the feed water pump 3, and 7 is a turbine that is connected to a generator. A turbine control valve 8 is interposed between the superheater 5 and the turbine 7 and controls the amount of steam from the superheater 5 to the turbine 7.

9は気水分離器4からの蒸気をコンデンサ等へ逃がす過
熱器バイパス弁である。この過熱器バイパス弁9は、起
動時に低温の蒸気が多量に過熱器5に流入して過熱器5
の出口の昇温を妨げている場合に、そのような低温蒸気
を逃がして過熱器5の通過蒸気量を減少させ、過熱器5
の出口の蒸気温度を上昇させる機能を有する。
Reference numeral 9 is a superheater bypass valve that allows steam from the steam separator 4 to escape to a condenser or the like. The superheater bypass valve 9 has a large amount of low-temperature steam flowing into the superheater 5 at the time of start-up, so
When the temperature rise at the outlet of the superheater 5 is hindered, such low-temperature steam is released to reduce the amount of steam passing through the superheater 5,
It has the function of raising the steam temperature at the outlet of the.

10は過熱器5出口からの発生蒸気をコンデンサ等へ逃が
すタービンバイパス弁である。このタービンバイパス弁
10は、当該発生蒸気がタービン7に通気可能な程度まで
昇温,昇圧していない場合、発生蒸気を逃がす機能を有
し、さらに、タービン7へ通気後であつても、通気蒸気
流量が小さい場合には、燃料投入量による蒸気圧力制御
が困難になるので、この領域において発生蒸気を逃がす
ことにより蒸気圧力制御に寄与する機能をも有する。
Reference numeral 10 is a turbine bypass valve that allows steam generated from the outlet of the superheater 5 to escape to a condenser or the like. This turbine bypass valve
10 has a function of letting out the generated steam when the temperature is not raised or increased to such an extent that the generated steam can be ventilated to the turbine 7, and further, even after the ventilation to the turbine 7, the flow rate of the vented steam is small. In this case, since it becomes difficult to control the steam pressure by the fuel input amount, it also has a function of contributing to the steam pressure control by letting the generated steam escape in this region.

11は過熱器5からタービン7へ供給される蒸気の圧力を
検出する蒸気圧力検出器、12は当該蒸気の目標とする圧
力、即ち目標蒸気圧力を設定する蒸気圧力設定器、13は
蒸気圧力設定器12に設定された値と蒸気圧力検出器11で
検出された値との差を演算する減算器である。14,15は
減算器13で演算されて出力される圧力偏差信号を比例積
分する比例積分器である。16は関数発生器であり、蒸気
圧力検出器11で検出された値を入力し、この値に対応し
た予め定められている値を出力する。この関数発生器16
からの出力信号は、蒸気圧力を適圧とするためのタービ
ンバイパス弁10の開度を指令する開度指令信号となる。
17は同じく蒸気圧力検出器11で検出された値を入力し、
この値に対応した値を出力する関数発生器である。この
関数発生器17からの出力信号は、過熱器5の昇温を妨げ
る大量の低温蒸気を排出するための過熱器バイパス弁9
の開度を指令する開度指令信号となる。
11 is a steam pressure detector that detects the pressure of steam supplied from the superheater 5 to the turbine 7, 12 is a target pressure of the steam, that is, a steam pressure setter that sets a target steam pressure, and 13 is steam pressure setting It is a subtractor that calculates the difference between the value set in the container 12 and the value detected by the vapor pressure detector 11. Reference numerals 14 and 15 denote proportional integrators that proportionally integrate the pressure deviation signal calculated and output by the subtractor 13. A function generator 16 inputs the value detected by the vapor pressure detector 11 and outputs a predetermined value corresponding to this value. This function generator 16
Is an opening command signal for commanding the opening of the turbine bypass valve 10 for adjusting the steam pressure to an appropriate pressure.
17 also inputs the value detected by the vapor pressure detector 11,
It is a function generator that outputs a value corresponding to this value. The output signal from the function generator 17 is used as a superheater bypass valve 9 for discharging a large amount of low-temperature steam that prevents the temperature rise of the superheater 5.
It becomes an opening degree instruction signal for instructing the opening degree.

18は端子18a,18bおよび切換片18cを備えた信号切換器で
あり、端子18aは比例積分器14に、端子18bは関数発生器
16に、切換片18cはタービンバイパス弁10に、それぞれ
接続されている。19は高信号選択器であり、比例積分器
15の出力信号と関数発生器17の出力信号とを比較し、大
きな方の信号を過熱器バイパス弁9に出力する。20はバ
ーナ2に対する燃料供給を制御する燃料流量調節弁、21
はバーナの点火本数に合わせて燃料流量調節弁20の開度
を設定する開度設定器である。
Reference numeral 18 is a signal switch equipped with terminals 18a and 18b and a switching piece 18c. Terminal 18a is a proportional integrator 14 and terminal 18b is a function generator.
16, the switching piece 18c is connected to the turbine bypass valve 10, respectively. 19 is a high signal selector, proportional integrator
The output signal of 15 is compared with the output signal of the function generator 17, and the larger signal is output to the superheater bypass valve 9. 20 is a fuel flow rate control valve for controlling the fuel supply to the burner 2, 21
Is an opening degree setting device that sets the opening degree of the fuel flow rate control valve 20 according to the number of ignitions of the burner.

ここで、上記装置の動作の第4図(a)乃至(e)に示
すタイムチャートを参照しながら説明する。第4図
(a)は時間経過に対する燃料投入量の変化、第4図
(b)は時間経過に対する過熱器バイパス弁5の開度の
変化、第4図(c)は時間経過に対するタービンバイパ
ス弁10の開度の変化、第4図(d)は時間経過に対する
蒸気圧力の変化、第4図(e)は時間経過に対する過熱
器出口蒸気温度の変化を示す。時刻t0は点火時刻、時刻
t1は昇圧完了時刻、時刻t2は昇温完了時刻、時刻t3はタ
ービン通気時刻である。又、p0は初期蒸気圧力値、p1
昇圧目標値である。
The operation of the above apparatus will be described with reference to the time charts shown in FIGS. 4 (a) to 4 (e). FIG. 4 (a) is a change in the amount of fuel input over time, FIG. 4 (b) is a change in the opening degree of the superheater bypass valve 5 over time, and FIG. 4 (c) is a turbine bypass valve over time. 10 shows changes in the opening degree, FIG. 4 (d) shows changes in steam pressure with time, and FIG. 4 (e) shows changes in superheater outlet steam temperature with time. Time t 0 is ignition time, time
t 1 is the time when the pressure rise is completed, time t 2 is the time when the temperature rise is completed, and time t 3 is the time when the turbine is ventilated. Further, p 0 is the initial steam pressure value, and p 1 is the boost target value.

時刻t0における点火後、バーナ2の点火本数は段階的に
増加され、これに応じて開度設定器21からの開度信号に
より燃料流量調節弁20の開度が制御され、燃料投入量は
第4図(a)に示すように段階的に増加する。一方、信
号切換器18は蒸気圧力が昇圧目標値p1に達する以前に
は、その切換片18cが端子18b側に切換えられた状態にあ
る。したがつて、タービンバイパス弁10の開度は、蒸気
圧力検出器11で検出される蒸気圧力が昇圧目標値p1に達
するまでは、その蒸気圧力に対応する関数発生器16の出
力により制御され、結局、当該蒸気圧力により一義的に
決定される。
After the ignition at time t 0, the number of ignitions of the burner 2 is increased stepwise, and the opening signal of the opening setting device 21 controls the opening of the fuel flow rate control valve 20 accordingly, and the fuel injection amount is It gradually increases as shown in FIG. On the other hand, the signal switch 18 is in a state in which the switching piece 18c is switched to the terminal 18b side before the steam pressure reaches the boost target value p 1 . Therefore, the opening of the turbine bypass valve 10 is controlled by the output of the function generator 16 corresponding to the steam pressure until the steam pressure detected by the steam pressure detector 11 reaches the boost target value p 1. After all, the steam pressure is uniquely determined.

そして、タービンバイパス弁10は第4図(c)に示すよ
うに、タービン通気時刻t3以前には、増加する蒸気圧力
を逃がすようにその開度が制御される。又、蒸気圧力が
低い間は蒸気の飽和温度が低く、過熱器5に気水分離器
4から低温の蒸気が供給されるため、関数発生器16の出
力信号は過熱器バイパス弁9の開度を大きくする信号と
なり、これにしたがつて過熱器バイパス弁9の開度は第
4図(b)に示すように大きくなる。これにより、低温
の蒸気を逃がし、過熱器5を通過する蒸気量を減らして
過熱器5の出口蒸気温度を上昇させる。
Then, as shown in FIG. 4C, the opening degree of the turbine bypass valve 10 is controlled so as to release the increasing steam pressure before the turbine ventilation time t 3 . Further, while the steam pressure is low, the saturation temperature of the steam is low, and low-temperature steam is supplied from the steam separator 4 to the superheater 5, so the output signal of the function generator 16 is the opening of the superheater bypass valve 9. Is generated, and accordingly, the opening degree of the superheater bypass valve 9 is increased as shown in FIG. 4 (b). As a result, low-temperature steam is released, the amount of steam passing through the superheater 5 is reduced, and the outlet steam temperature of the superheater 5 is increased.

蒸気圧力が昇圧目標値p1に達した後には、信号切換器18
の切換片18cは端子18a側に切換えられ、以後、タービン
バイパス弁10の開度は、蒸気圧力設定器12に設定された
昇圧目標値p1と蒸気圧力検出器11で検出された実際の蒸
気圧力との圧力偏差信号を比例、積分した信号により、
第4図(c)に示すように制御される。さらに、昇圧完
了時刻t1以後において、蒸気圧力がタービンバイパス弁
10で逃がしきれないように高くなつた場合、比例積分器
15の出力信号も大きくなるので、高信号選択器19はその
出力信号を選択し、過熱器バイパス弁9の開度を増加し
て蒸気を逃がし、蒸気圧力の上昇を抑える。
After the steam pressure reaches the boost target value p 1 , the signal switch 18
The switching piece 18c is switched to the terminal 18a side, and thereafter, the opening degree of the turbine bypass valve 10 is the boost target value p 1 set in the steam pressure setter 12 and the actual steam detected by the steam pressure detector 11. By the signal that is proportional and integrated the pressure deviation signal with the pressure,
The control is performed as shown in FIG. Furthermore, after the completion time of pressurization t 1 , the steam pressure is
If you raise it so that you can not escape at 10, proportional integrator
Since the output signal of 15 also becomes large, the high signal selector 19 selects the output signal, increases the opening degree of the superheater bypass valve 9 to release steam, and suppresses the rise of steam pressure.

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

さて、このような従来装置には、以下に挙げる3つの問
題点があり、これを順に説明する。
Now, such a conventional device has the following three problems, which will be described in order.

(1)従来装置では、最適の昇温,昇圧パターンの設定
が困難である。ここで、最適の昇温,昇圧パターンと
は、ボイラ装置における厚肉部の熱応力発生を抑えなが
ら、昇温,昇圧を最短時間で行なう起動態様をいう。と
ころで、一般に、ボイラ装置において最も重要な厚肉部
は過熱器5の出口ヘツダと気水分離器4(又はドラム)
であるから、最適の昇温,昇圧パターンとは、換言すれ
ば、過熱器5の出口ヘツダの熱応力に影響を与える過熱
器5の出口蒸気温度の変化率(以下、昇温率という。)
と、気水分離器4(又はドラム)の熱応力に飽和温度変
化を介して影響を与える蒸気圧力変化率(以下、昇圧率
という。)とを、発生熱応力の抑制上、許容される変化
率制限値いつぱいに維持する態様であるということがで
きる。
(1) In the conventional device, it is difficult to set the optimum temperature rising / boosting pattern. Here, the optimum heating / pressurizing pattern refers to a starting mode in which the heating / pressurization is performed in the shortest time while suppressing the generation of thermal stress in the thick portion of the boiler device. By the way, generally, the most important thick parts in the boiler apparatus are the outlet header of the superheater 5 and the steam separator 4 (or drum).
Therefore, the optimum temperature rising / pressurizing pattern is, in other words, the rate of change in the outlet steam temperature of the superheater 5 that affects the thermal stress of the outlet header of the superheater 5 (hereinafter referred to as the rate of temperature rise).
And a steam pressure change rate (hereinafter referred to as a pressurization rate) that affects the thermal stress of the steam separator 4 (or the drum) via a saturation temperature change, the allowable changes in suppressing the generated thermal stress. It can be said that this is a mode in which the rate limit value is maintained at a high rate.

このような観点から、前述の従来装置をみると、従来装
置において昇温率および昇圧率は関数発生器16,17の設
定により調整されることになるが、これらの設定を行う
ためには、実缶の起動試験を繰返して決定する必要があ
り、多くの手数を要して面倒である。
From this point of view, when looking at the above-described conventional device, the temperature rise rate and the boost rate in the conventional device are adjusted by the settings of the function generators 16 and 17, but in order to perform these settings, It is necessary to repeat the starting test of the actual can, which requires a lot of trouble and is troublesome.

さらに、起動の際、点火時刻t0における蒸気圧力(初期
圧力)が調整実施時と異なる蒸気圧力である場合、計画
の昇温率および昇圧率からずれる事態を生じる。このよ
うなずれの悪影響を防ぐため、従来装置における関数発
生器16,17は、どのような初期圧力での起動であつて
も、昇温,昇圧の過程のどの段階においても昇温率,昇
圧率が制限値を越えないことを目安として設定される。
この結果、その昇温,昇圧パターンは最適の昇温,昇圧
パターンからは大きく外れたものとなり、起動時間は最
適な昇温,昇圧を行なつた場合と比べてかなり長い時間
となる。
Furthermore, when the steam pressure (initial pressure) at the ignition time t 0 is different from the steam pressure at the time of adjustment at the time of start-up, a situation occurs in which the planned temperature rising rate and the pressure rising rate deviate. In order to prevent the adverse effect of such a shift, the function generators 16 and 17 in the conventional device are able to increase the temperature rise rate and the pressure rise rate at any stage of the temperature rise and pressure rise processes, regardless of the initial pressure at which they are started. It is set as a guideline that the rate does not exceed the limit value.
As a result, the temperature rising / boosting pattern is largely deviated from the optimum temperature rising / boosting pattern, and the starting time is considerably longer than that in the case where the optimum temperature rising / boosting is performed.

(2)従来装置では、起動損失の低減が困難である。第
3図に示すボイラ装置において、ある与えられた昇温
率,昇圧率で起動を行なう場合、燃料流量調節弁20を通
過させる投入燃料量、過熱量バイパス弁9の開度および
タービンバイパス弁10の開度の組合わせは一義的に決ま
るものではない。即ち、例えば多量の燃料をバーナ2に
投入して過熱器バイパス弁9およびタービンバイパス弁
10から多量の蒸気を抜き出す組合わせが存在する一方、
その逆の組合わせも存在するのである。これらの組合わ
せのうちで、与えられた昇温率,昇圧率を維持すること
ができるとともに燃料流量調節弁20の開度を最低とする
ことができる3者の組合わせが、同一起動時間を達成す
るうえで最も起動損失が少ない操作である。
(2) In the conventional device, it is difficult to reduce the starting loss. In the boiler device shown in FIG. 3, when starting at a given temperature increase rate and pressure increase rate, the amount of injected fuel that passes through the fuel flow rate control valve 20, the opening degree of the superheat amount bypass valve 9, and the turbine bypass valve 10 The combination of the opening degrees is not uniquely determined. That is, for example, a large amount of fuel is injected into the burner 2 and the superheater bypass valve 9 and the turbine bypass valve
While there are combinations that extract a large amount of steam from 10,
The reverse combination also exists. Among these combinations, the combination of three that can maintain the given rate of temperature increase and rate of pressurization and minimize the opening degree of the fuel flow rate control valve 20 has the same start-up time. It is the operation with the lowest starting loss to achieve.

しかしながら、従来装置では、過熱器バイパス弁9、タ
ービンバイパス弁10および燃料流量調節弁20を協調して
操作する機能がないため、起動損失を低減させるには、
開度設定器21、関数発生器16,17をそれぞれ個別に調整
する以外に方法がない。そして、実際上、これらを、前
述の最適な昇温率,昇圧率を維持しつつ、しかも起動損
失が最適になるように調整することは、ほとんど不可能
に近いことである。
However, since the conventional device does not have a function of operating the superheater bypass valve 9, the turbine bypass valve 10 and the fuel flow rate control valve 20 in cooperation with each other, in order to reduce the starting loss,
There is no other way than adjusting the opening degree setter 21 and the function generators 16 and 17 individually. In reality, it is almost impossible to adjust these so that the starting loss is optimized while maintaining the above-mentioned optimum temperature rising rate and boosting rate.

(3)従来装置では、外乱等により昇温,昇圧パターン
が異常になつても、これを修正する修正動作は行なわれ
ない。即ち、従来装置では、昇温率,昇圧率等がボイラ
装置の厚肉部の熱応力を支配する重要な状態量であるに
もかかわらず、これらを計測する手段をもたず、制御上
野放し状態にある。
(3) In the conventional device, even if the temperature rise and the pressure rise pattern become abnormal due to disturbance or the like, the correction operation for correcting this is not performed. That is, in the conventional device, although the rate of temperature rise, the rate of pressure increase, etc. are important state quantities that control the thermal stress in the thick portion of the boiler device, they do not have a means for measuring them and control Ueno is released. Is in a state.

このため、例えば外乱等により、昇温率,昇圧率が、開
度設定器20、関数発生器16,17の調整時に計画されたパ
ターンから外れてもこれを修正することはできないので
ある。したがつて、このような面からも、開度設定器2
0、関数発生器16,17の調整に際しては、発生熱応力抑制
上のマージンを見込んで昇温率,昇圧率を低い目に計画
する必要があり、起動時間短縮の阻害要因となつてい
る。
For this reason, even if the temperature rise rate and the pressure rise rate deviate from the patterns planned at the time of adjusting the opening degree setter 20 and the function generators 16 and 17, for example, due to disturbance or the like, these cannot be corrected. Therefore, from this aspect, the opening setting device 2
0, When adjusting the function generators 16 and 17, it is necessary to plan the temperature rise rate and the pressure rise rate to be low in consideration of the margin for suppressing the generated thermal stress, which is an obstacle to shortening the startup time.

また従来、特開昭58-15703号公報に記載されているよう
な発電プラントの制御方法が提案されている。この制御
方法は、数学的手法によってプラントモデルを構成し、
このプラントモデルを使用して所定のパラメータについ
ての推定値(予測値)を得て発電プラントを制御する方
法において、カルマンフイルタ理論を用いて前記パラメ
ータの実測値と推定値(予測値)との差に基づきプラン
トモデルの要素の修正がなされる。そしてそのプラント
モデルから得られた目標値と実測値が比較され、その差
に基づいて比例・積分(PI)制御がなされて、各種弁の
操作量が決定されるような構成になっている。
Further, conventionally, a control method of a power plant as described in JP-A-58-15703 has been proposed. This control method constructs a plant model by a mathematical method,
In the method of controlling an electric power plant by obtaining an estimated value (predicted value) for a predetermined parameter using this plant model, the difference between the measured value and the estimated value (predicted value) of the parameter is calculated by using the Kalman filter theory. Based on the above, the elements of the plant model are corrected. The target value obtained from the plant model and the measured value are compared, and proportional / integral (PI) control is performed based on the difference to determine the manipulated variables of various valves.

この制御方法は、カルマンフイルタ理論によるプラント
モデルの修正とPI制御とを組み合わせたものであり、こ
の制御方法をボイラ起動制御に適用した場合、起動時に
おける昇温/昇圧の制御偏差を低減する効果はあるが、
ボイラ起動に伴っての燃料の投入トータル量を最小にす
る効果は得られない。換言すれば、燃料投入トータル量
が最小の条件下で、昇温/昇圧の制御偏差を低減するよ
うな制御を行うことができず、そのためボイラ運転の経
済面において難点があった。
This control method is a combination of the plant model modification based on the Kalman filter theory and PI control. When this control method is applied to boiler start-up control, the effect of reducing the temperature rise / boost control deviation at start-up Yes, but
The effect of minimizing the total amount of fuel input when the boiler is started cannot be obtained. In other words, under the condition that the total amount of fuel input is the minimum, it is not possible to perform control for reducing the temperature deviation / pressurization control deviation, and therefore there is a difficulty in the economical aspect of boiler operation.

本発明の目的は、このような従来技術の難点を解消し、
過熱器の例えば出口ヘッダ部などの肉厚部の熱応力を最
少に保持しながら、燃料投入量が少ない条件のもとで短
時間で起動が可能となり、ボイラの経済性ならびに運用
性に優れたボイラ起動制御装置を提供することにある。
The object of the present invention is to eliminate the drawbacks of the prior art,
While keeping the thermal stress of the thick part such as the outlet header of the superheater to a minimum, it can be started in a short time under the condition that the amount of fuel input is small, which is excellent in economic efficiency and operability of the boiler. It is to provide a boiler start-up control device.

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

前記目的を達成するため、本発明は、 過熱器5と、 この過熱器5への蒸気をバイパスする過熱器バイパス弁
9からなる第1の弁と、 前記過熱器5からの蒸気を例えばタービン7などのその
主たる供給先以外へ抜き出す例えばタービンバイパス弁
10からなる第2の弁と、 火炉への燃料供給量を制御する例えば燃料流量調節弁20
からなる第3の弁とこの過熱器5の出口の蒸気温度を検
出する温度検出器100と、 このボイラの蒸気圧力を検出する圧力検出器11を備えた
ボイラ装置を対象とするものである。
In order to achieve the above object, the present invention provides: a superheater 5, a first valve including a superheater bypass valve 9 that bypasses steam to the superheater 5, and steam from the superheater 5 to, for example, a turbine 7 Such as a turbine bypass valve
A second valve consisting of 10 and a fuel flow control valve 20 for controlling the amount of fuel supplied to the furnace
The present invention is intended for a boiler device provided with a third valve consisting of, a temperature detector 100 for detecting the steam temperature at the outlet of the superheater 5, and a pressure detector 11 for detecting the steam pressure of the boiler.

そして前記温度検出器100ならびに圧力検出器11によっ
て検出した蒸気温度信号、蒸気圧力信号からそれぞれ蒸
気温度変化率信号、蒸気圧力変化率信号を算出する例え
ば信号微分器102,103からなる変化率演算手段と、 過熱器における例えば出口ヘッダ部などの肉厚部の熱応
力を低減する上で必要な昇温率目標信号、昇圧率目標信
号を設定する例えば目標値設定器108からなる目標値設
定手段と、 前記変化率演算手段によって演算された蒸気温度変化率
信号、蒸気圧力変化率信号と、前記目標値設定手段によ
って設定された昇温率目標信号、昇圧率目標信号とを比
較して昇温率制御偏差信号、昇圧率制御偏差信号を出力
する例えばベクトル信号演算器109からなる比較手段
と、 その昇温率制御偏差信号、昇圧率制御偏差信号をそれぞ
れ積分する例えばベクトル信号積分器110からなる積分
手段と、 数学的手法によって構成し、現在の第1の弁9,第2の弁
10,第3の弁20の開度信号に基づいて一定時間後の予測
値を演算する例えば線形レギユレータ理論を応用したプ
ロセスモデル106とプロセス状態記憶器107とからなるプ
ロセスモデル手段と、 そのプロセスモデル手段で演算された予測値とそれに対
応する実測値との偏差に基づいて、前記プロセスモデル
手段の予測値を修正する例えばカルマンフイルタ理論を
応用したベクトル信号演算器104とプロセスモデル修正
器105からなるプロセスモデル修正手段と、 そのプロセスモデル修正手段によって修正されたプロセ
スモデル手段からの最適予測値と、前記積分手段からの
制御偏差の積分値とに基づいて、前記過熱器の肉厚部の
熱応力を制限して、燃料投入量が最少で起動が実現でき
る第1の弁,第2の弁,第3の弁の開度操作量を演算す
る最適操作量算出器111からなる最適操作量算出手段と
を有することを特徴とするものである。
Then, the steam temperature signal detected by the temperature detector 100 and the pressure detector 11, the steam temperature change rate signal from the steam pressure signal, respectively, to calculate the steam pressure change rate signal, for example, a change rate calculating means consisting of signal differentiators 102, 103, In the superheater, for example, a target value setting means comprising a target value setting unit 108 for setting a temperature increase rate target signal necessary for reducing thermal stress in a thick portion such as an outlet header section, a boost rate target signal, and Temperature change rate control deviation by comparing the steam temperature change rate signal and the steam pressure change rate signal calculated by the change rate calculation means with the temperature increase rate target signal and the pressure increase rate target signal set by the target value setting means. A signal, a boosting rate control deviation signal, for example, a comparison means including a vector signal calculator 109, and a temperature rising rate control deviation signal and a boosting rate control deviation signal, respectively, are integrated, for example. And integrating means consisting vector signal integrator 110, constituted by a mathematical method, the current of the first valve 9, the second valve
10, a process model means comprising a process model 106 and a process state memory 107 for applying a predictive value after a fixed time based on the opening signal of the third valve 20, for example, a linear reguulator theory, and the process model Compensating the predicted value of the process model means, for example, based on the deviation between the predicted value calculated by the means and the measured value corresponding thereto, for example, a vector signal calculator 104 applying the Kalman filter theory and a process model modifier 105 Based on the process model correction means, the optimum predicted value from the process model means corrected by the process model correction means, and the integrated value of the control deviation from the integration means, the thermal stress of the thick portion of the superheater The optimum manipulated variable calculation that calculates the opening manipulated variables of the first valve, the second valve, and the third valve that can realize startup with the minimum fuel input by limiting It is characterized by having an optimum manipulated variable calculating means composed of the output device 111.

〔作用〕[Action]

本発明は前述したように、例えば線形レギユレータ理論
を応用したプロセスモデル手段と、例えばカルマンフイ
ルタ理論を応用したプロセスモデル修正手段と、過熱器
の肉厚部の熱応力を制限して、燃料投入量が最少で起動
が実現できる各弁の開度操作量を演算する最適操作量算
出手段とを組み合わせることにより、過熱器の例えば出
口ヘッダ部などの肉厚部の熱応力を最少に保持しなが
ら、燃料投入量が少ない条件の下で短時間で起動が可能
となり、ボイラの経済性と運用性の両方に優れたボイラ
起動制御装置を提供することができる。
As described above, the present invention is, for example, a process model means applying the linear reguulator theory, a process model correcting means applying the Karman filter theory, the thermal stress of the thick portion of the superheater is limited, and the fuel injection amount is increased. By combining with the optimal operation amount calculation means for calculating the opening operation amount of each valve that can realize the start with the minimum, while keeping the thermal stress of the thick part such as the outlet header of the superheater to a minimum, It is possible to start up in a short time under the condition that the amount of fuel input is small, and it is possible to provide a boiler start-up control device excellent in both economical efficiency and operability of the boiler.

〔実施例〕〔Example〕

第1図は本発明の一実施例に係るボイラ起動制御装置の
系統図である。第3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。
FIG. 1 is a system diagram of a boiler starting control device according to an embodiment of the present invention. The same parts as those shown in FIG. 3 are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

100は過熱器5出口の蒸気の温度を検出する蒸気温度検
出器、101はボイラ内の燃焼ガス流路において過熱器5
出口の燃焼ガス温度を検出するガス温度検出器、102,10
3はそれぞれ11,100による検出信号を微分して変化率信
号を出力する信号微分器である。以下102,103,11,100,1
01の出力信号を順に信号、信号、P信号、T信号、
Θ信号と呼ぶ。これらの信号をまとめて扱うときはベク
トル で表わし、その部分が,,P,T,Θであるとする。
100 is a steam temperature detector that detects the temperature of the steam at the outlet of the superheater 5, and 101 is the superheater 5 in the combustion gas passage in the boiler.
Gas temperature detector to detect the temperature of combustion gas at the outlet, 102,10
Reference numeral 3 is a signal differentiator that differentiates the detection signals from 11,100 and outputs a change rate signal. Below 102,103,11,100,1
01 output signal in order of signal, signal, P signal, T signal,
Called the Θ signal. Vector when you want to handle these signals together , And that part is, P, T, Θ.

108は昇圧率目標値,昇温率目標値,昇圧目標
値Pr,昇温目標値Tr,過熱器5出口ガス温度目標値Θ
を設定する目標設定器で、これらの信号をまとめて扱う
ときはベクトル で表わし、その成分が,Pr,Tr,Θである
とする。109は を引いた制御偏差ベクトル を算出するベクトル信号減算器、110は の各成分をそれぞれ積分動作で処理してベクトル を算出するベクトル信号積分器である。
108 boost rate target value r, NoboriAtsushiritsu target value r, boost target value P r, heating the target value T r, superheater 5 exit gas temperature target value theta r
Is a target setter that sets And the components are r 1 , r , P r , T r , and Θ r . 109 is Control deviation vector minus Vector signal subtractor to calculate Vector of each component of Is a vector signal integrator for calculating

一方弁20,弁10,弁9の開度は順に操作信号u1,u2,u3で操
作され、これらの信号をまとめて扱うときはベクトル で表わし、その成分がu1,u2,u3であるとする。106はプ
ロセスモデルで実プラントを操作すると同一の を入力し、その時点における の予測値で、 を成分に持つベクトル を出力する。ここで はそれぞれ、もとの変数の予測値であることを示す。10
7はプロセスモデル106が予測値を算出するにあたり、例
えばプロセス内の積分作用のように過去の履歴に依存す
る変数の算出に対処するため、遂次前回の変数値を記憶
するプロセス状態記憶器である。記憶される変数は、過
去の履歴に依存するシステムの形態を一意に表現するに
十分なだけ選択される。一般にその個数はプロセスモデ
ルの次数以上あれば十分であつて、これらの変数を成分
に持つベクトルを状態変数ベクトル はモデル上の値であり、実プラントの状態量の予測値で
あるので を付して扱う。
On the other hand, the opening degrees of the valve 20, the valve 10, and the valve 9 are sequentially operated by the operation signals u 1 , u 2 , u 3 , and when these signals are handled collectively, they are vectors. , And its components are u 1 , u 2 and u 3 . 106 is the process model and is the same as when operating an actual plant At the time Is the predicted value of A vector with Is output. here Indicates that each is a predicted value of the original variable. Ten
When the process model 106 calculates a predicted value, 7 is a process state memory that sequentially stores the previous variable value in order to deal with the calculation of a variable that depends on the past history such as the integral action in the process. is there. The variables stored are chosen sufficiently to uniquely represent the morphology of the system that depends on past history. Generally, it is sufficient that the number is greater than or equal to the order of the process model, and a vector having these variables as components is a state variable vector. Is the value on the model and is the predicted value of the state quantity of the actual plant. Will be treated with.

プロセスモデル106は時点kにおいて状態変数ベクトル で表わされる状態(以下状態 と呼ぶ、また以下一般にベクトルの添字は時点を表わ
す)から に変化し、 はプロセス状態記憶器107に記憶され、これは次の時点
l(=k+1)において新たな としてプロセスモデル106に取り出される。104は を比較しプロセスモデル106の予測誤差を表わすための
ベクトル を出力するベクトル信号減算器で、 の成分はεε,Pε,Tε,Θεであつて、それぞれ
,,P,T,Θの予測誤差に対応している。105は に従がつてプロセスモデル106を修正するプロセスモデ
ル修正器である。111は を受けて を算出する最適操作量算出器である。ここでZの成分は
順に,Pz,Tz,Θであつて同様に,,P,
T,Θの制御偏差の積分値に対応している。
The process model 106 is a state variable vector at time k. State represented by In general, the subscripts of vectors below represent time points) Changes to Is stored in the process state memory 107, which is new at the next time point l (= k + 1). Is taken out as the process model 106. 104 is To represent the prediction error of the process model 106 Is a vector signal subtractor that outputs The components of are ε , ε , P ε , T ε , and Θ ε , which correspond to the prediction errors of P, T, and Θ, respectively. 105 is Accordingly, the process model corrector corrects the process model 106. 111 is Received Is an optimum manipulated variable calculator for calculating. Here, the components of Z are z , z , P z , T z , and Θ z in this order, and similarly, P,
It corresponds to the integral value of the control deviation of T and Θ.

次いて各構成要素の動作を具体的に説明する。Next, the operation of each component will be specifically described.

1)操作端9,10,20 操作端20,10,9は操作信号u1,u2,u3を受けて実開度
υ,υ,υとなる。実開度はu1,u2,u3信号が0の
ときの基準開度υ1 0,υ2 0,υ3 0をそれぞれ設定して、
以下の関係を満足するように操作する。
1) Operating ends 9,10,20 The operating ends 20,10,9 receive the operating signals u 1 , u 2 , u 3 and become actual opening υ 1 , υ 2 , υ 3 . For the actual opening, set the reference opening υ 1 0 , υ 2 0 , υ 3 0 when the u 1 , u 2 and u 3 signals are 0,
Operate to satisfy the following relationships.

ただし各ベクトルは以下の成分を持つ。 However, each vector has the following components.

ここで の与え方は後述する。 here How to give will be described later.

2)検出端102,103,11,100,101 検出端102,103,11,100,101よりの検出信号,,P,T,
Θと実プラントの対応する物理量,P*,T*
Θの値は、,,P,T,Θ信号が0のときの基準物理
量をそれぞれ,P0,T0,Θとすると以下の
関係を満たすようにする。
2) Detection ends 102,103,11,100,101 Detection signals from the detection ends 102,103,11,100,101, P, T,
Θ and corresponding physical quantity of actual plant * , * , P * , T * ,
The value of Θ * satisfies the following relationship, where the reference physical quantities when the P, T, Θ signals are 0 are 0 , 0 , P 0 , T 0 , Θ 0 , respectively.

ただし各ベクトルは以下の成分を持つ。 However, each vector has the following components.

ここで の与え方は後述する。 here How to give will be described later.

3)プロセスモデル106 ボイラプラントは物理プロセスであるので一般にマスバ
ランス,エネルギバランス,モメンタムバランスにより
現象を記述できる。例えば伝熱管内部に発生するプロセ
スは一次元の偏微分方程式で表わせ、まずマスバランス
は下式となる。
3) Process model 106 Since a boiler plant is a physical process, phenomena can generally be described by mass balance, energy balance, and momentum balance. For example, the process that occurs inside the heat transfer tube can be expressed by a one-dimensional partial differential equation, and the mass balance is as follows.

ここに、Sは伝熱管断面積、ρは伝熱管内流体密度、G
は伝熱管内流体質量流量、tは時間、xは伝熱管に沿つ
た距離である。
Where S is the cross sectional area of the heat transfer tube, ρ is the fluid density in the heat transfer tube, and G is
Is the mass flow rate of the fluid in the heat transfer tube, t is the time, and x is the distance along the heat transfer tube.

また、エネルギバンラスは下式である。In addition, the energy bunlas is the following formula.

ここに、uは伝熱管内流体の内部エネルギ、Hは伝熱管
内流体のエンタルピ、qは伝熱管壁から流体が受ける単
位長さあたりの伝熱量であり、他の変数名は(5)式と
同様である。
Where u is the internal energy of the fluid in the heat transfer tube, H is the enthalpy of the fluid in the heat transfer tube, q is the amount of heat transfer per unit length that the fluid receives from the wall of the heat transfer tube, and other variable names are (5). It is similar to the formula.

そしてモメンタムバランスは下式である。And the momentum balance is

ここに、pは伝熱管内部流体の圧力、Fは重力や管壁の
摩擦力のような外力であり、他の変数名は(5)式,
(6)式と同様である。
Here, p is the pressure of the fluid inside the heat transfer tube, F is the external force such as gravity or the frictional force of the tube wall, and other variable names are equation (5),
It is similar to the equation (6).

ボイラの伝熱管を流体の流れにそつて複数のセクシヨン
に分割し、当該セクシヨン内では内部流体の状態は均一
であると仮定しても、区間分割数が大であればプロセス
の挙動を模擬する上で十分であることが知られており、
この仮定により(5)式,(6)式,(7)式は連立常
微分方程式に変形できる。この変形について(5)式の
流体の流れに沿つて第j番目のセクシヨンを例にとつて
説明する。ここで第jセクシヨンの長さをΔxとすると
(5)式は次のようになる。
Even if the heat transfer tube of the boiler is divided into multiple sections along the fluid flow, and the internal fluid state is assumed to be uniform within the section, the behavior of the process is simulated if the number of divisions is large. Is known to be sufficient above,
Based on this assumption, equations (5), (6), and (7) can be transformed into simultaneous ordinary differential equations. This modification will be described by taking the j-th section as an example along the fluid flow of the equation (5). Here, assuming that the length of the j-th section is Δx, the equation (5) is as follows.

ここで肩文字jは第jセクシヨンの値であることを示
し、以後も同様である。さらに(8)式は以下のように
変形できる。
Here, the superscript j indicates that it is the value of the jth section, and so on. Further, the equation (8) can be modified as follows.

ただしvjは第jセクシヨンの伝熱管内の体積であり、次
の関係がある。
However, v j is the volume in the heat transfer tube of the j-th section, and has the following relationship.

vj=Sj・Δxj ……(10) 第jセクシヨンの蒸気圧力変化率は以下のように求
められる。
v j = S j · Δx j (10) The steam pressure change rate j of the j-th section can be calculated as follows.

この変形で(9)式を用いた。またKは水の物性値に依
存し、例えば日本機械学会発行の蒸気表等により求める
ことができる。
Equation (9) is used in this modification. Further, K depends on the physical property value of water, and can be obtained by, for example, a steam table issued by the Japan Society of Mechanical Engineers.

上述した空間分割と同様に、時間の流れを離散化して、
微分方程式を差分方程式化する手法も広く用いられてお
り、離散化した時間間隔が小であれば十分な精度でプロ
セスの挙動を模擬できることも知られている。離散化に
より第jセクシヨンの蒸気圧力は以下のように求められ
る。
Similar to the space division described above, the time flow is discretized,
A method of converting a differential equation into a difference equation is also widely used, and it is known that the behavior of a process can be simulated with sufficient accuracy if the discretized time interval is small. By discretization, the vapor pressure of the j-th section is obtained as follows.

以上の如く空間と時間の分割の考え方は同様に(6)
式,(7)式にも適用できて、これによりプロセスの全
挙動を連立代数方程式群で記述できる。この代数方程式
群は、ベクトル表示により一般に次の形で表わされる。
記号 はモデルによる予測値という意味で実プラント上の値と
区別して付してある。
As described above, the concept of space and time division is the same (6)
It can also be applied to equations (7), and by this, all behaviors of a process can be described by a group of simultaneous algebraic equations. This group of algebraic equations is generally represented in the following form by vector representation.
symbol Indicates the value predicted by the model and is attached separately from the value on the actual plant.

ここで は時点kにおける入力ベクトルで、例えば操作端開度や
境界条件等を表わす変数の値を成分に持つ。
here Is an input vector at the time point k, and has, for example, the value of a variable indicating the operating end opening degree, the boundary condition, etc. as a component.

は時点k+1における状態ベクトルで、時点kにおける
入力ベクトル と、時点kにおける状態ベクトル から算出され、具体的には(13)式のPj k+1の類を成分
に持つ。
Is the state vector at time k + 1 and is the input vector at time k And the state vector at time k It has a component of the class of P j k + 1 in Eq. (13).

は観測ベクトルで、検出器をプロセスに接続して観測で
きる値を成分に持つ。
Is an observation vector, which has a value that can be observed by connecting the detector to the process.

以上の理論を本発明の対象たるボイラ装置に適用し、
(2)式,(4)式に示される を(14)式,(15)式にあてはめて以下の理論を展開す
る。
Applying the above theory to the boiler device that is the subject of the present invention,
Shown in equations (2) and (4) Apply to (14) and (15) to develop the following theory.

まず(2)式における として操作端のポジシヨンの最低値を設定する。First, in equation (2) Set the minimum position of the operating end as.

ここでυ1minはバーナターンダウンの制限等による燃料
流調弁20開度最低値、υ2min,υ3minはそれぞれタービ
ンバイパス弁10、過熱器バイパス弁9についてウオーミ
ング、ドレン抜きを考慮した開度の最低値である。
Where υ 1min is the minimum opening of the fuel flow control valve 20 due to burner turndown limitation, etc., and υ 2min and υ 3min are the opening of the turbine bypass valve 10 and the superheater bypass valve 9 considering warming and drainage. It is the lowest value.

(16)式で与えられる を(14)式に適用して下式を満たす を算出する。Given by equation (16) Is applied to equation (14) to satisfy the following equation To calculate.

これは以下のように を定義してニユートンラフソン法を適用すればよい。す
なわち次の展開である。
This is as follows And the Newton-Raphson method may be applied. That is the next development.

適当な初期値 の各成分の値が十分小さくなつて0(ゼロベクトル)と
みなせるまで次式で順次 を求める。
Suitable initial value Until the values of each component of are sufficiently small and can be regarded as 0 (zero vector) Ask for.

必要な反復後の とする。 After the required iteration And

ここに新たな状態変数Pcを次式で定義する。Here, a new state variable P c is defined by the following equation.

(1)式,(18)式を(14)式に代入する。 Substituting equations (1) and (18) into equation (14).

の回わりでテーラー展開して高次の項を省略すると(1
9)式は以下となる。
When Taylor's expansion is performed and the higher-order terms are omitted, (1
Equation 9) is as follows.

ここで(17)式の関係を用いれば、(20)式は以下のよ
うに表わされる。
Here, using the relationship of equation (17), equation (20) is expressed as follows.

同様に(4)式の を次式で定義する。 Similarly, in equation (4) Is defined by the following formula.

(15)式に(3)式,(18)式を代入し、 の回りでテーラー展開すると以下の通りである。 Substituting equations (3) and (18) into equation (15), It is as follows when Taylor is expanded around.

これは(24)式の関係を用いれば以下のように表わされ
る。
This can be expressed as follows using the relation of Eq. (24).

以上の議論の結論は(21)式と(26)式であり、プロセ
スモデル106は結論の両式を算出することに帰着する。
The conclusions of the above discussion are equations (21) and (26), and the process model 106 results in calculating both equations of conclusions.

4)プロセスモデル修正器105 プロセスモデル106によるプラント状態量予測値 と実プラントのPckは一般に異なつていると考えなけれ
ばならない。これは実プラントには、プロセスモデル10
6中の(21)式,(26)式で考慮していない種々の外乱
が加わつていると考えるべきだからである。従がつて実
プラントの特性は下式で表わされる。
4) Process model modifier 105 Plant state quantity predicted value by process model 106 It must be considered that the P ck of the actual plant is generally different. This is a process model 10
This is because it should be considered that various disturbances not considered in Eqs. (21) and (26) in 6 are added. Therefore, the characteristic of the actual plant is expressed by the following equation.

すなわち実プラントの挙動としてプロセスモデル106と
同一の構造を仮定し、その仮定により説明できない現象
を雑音ベクトル として観測ベクトルを得る段階で加え合わされたと考え
ればよい。本発明においてプロセスモデル修正器105の
目的は、実プラントより得た に基づいてプロセスモデル106中の予測値 を補正し、(28)式中のRckの最適な推定値 をカルマンフイルタの理論を用いて算出することであ
る。
That is, assuming the same structure as the process model 106 as the behavior of the actual plant, a phenomenon that cannot be explained by the assumption is assumed to be a noise vector. It can be considered that they are added together at the stage of obtaining the observation vector. In the present invention, the purpose of the process model modifier 105 is obtained from an actual plant. Predicted value in process model 106 based on And the optimal estimate of R ck in Eq. (28) Is calculated using the Kalman filter theory.

プラントの制御を適格に行うには実プラント内で生起し
ているプロセスの状態量Pckを正しく知る必要がある
が、もちろんこれは直接測定はできず(29)式に示す を通して知ることができるのみなので、これより推定値 を算出する操作は重要な機能である。
In order to properly control the plant, it is necessary to correctly know the state quantity P ck of the process occurring in the actual plant, but of course this cannot be directly measured and is shown in equation (29). It is only possible to know through The operation of calculating is an important function.

を推定する式として次の形を仮定する。 The following form is assumed as an equation for estimating.

以下 をそのように決定すればよいか説明する。 Less than Will be explained as follows.

上式は推定誤差ベクトル の平均が0となる不偏推定量であり、かつ の分散が最小となる最小分散推定量となるよう を求める。 The above equation is the estimation error vector Is an unbiased estimator for which the mean of is 0, and The minimum variance estimator that minimizes the variance of Ask for.

は次式で与えられる。 Is given by

(30)式に(29)式を適用すると以下の通りである。 Applying equation (29) to equation (30) gives the following.

まず がPckの不偏推定量である条件は(31)式,(33)式を
用いて以下のように展開できる。ここで の平均であり、以下平均の意味で記号 ̄を用いる。また
演算子Eはその作用する確率変数の分布全体にわたつて
平均をとる演算を意味し、確率変数をx、(w)分布関
数をP(w)、確率空間を{Ω,u,p}とすればEx=∫Ω
x(w)p(dw)と定義される。
First The condition that is an unbiased estimator of P ck can be expanded as follows using Eqs. (31) and (33). here Is the average of, and the symbol  ̄ is used below to mean the average. The operator E means an operation that takes an average over the entire distribution of the acting random variable, x is the random variable, (w) the distribution function is P (w), and the probability space is {Ω, u, p}. Then Ex = ∫ Ω
It is defined as x (w) p (dw).

よつて を次式で与えなければならないことが示される。 Yotsute It is shown that must be given by

次に最小分散推定量であるために(32)式の を最小にする条件を導きこれにより を決定する。(33)式,(35)式を用いて(32)式を以
下展開する。
Next, since it is the minimum variance estimator, And derive the condition that minimizes To decide. Equation (32) is developed below using equations (33) and (35).

ただし の分散で、以下のように求める。 However The variance is calculated as follows.

(36)式はその形から明らかなように(39)式が成立す
るとき第1項が消えて、第2項のみとなり(40)式に最
小値をとる。
As is clear from the form of equation (36), when equation (39) holds, the first term disappears, leaving only the second term, and equation (40) takes the minimum value.

以上の結論は(39)式と(35)式で を求めれば、 を求める(30)式が成立するということである。ここで
いわゆる逆行列の補助定理により次のように変形でき
る。
The above conclusions are given by equations (39) and (35) If you ask It means that the formula (30) for obtaining is established. Here, it can be transformed as follows by the so-called inverse matrix lemma.

(42)式,(35)式を(30)式に代入すれば結論の式が
得られる。
Substituting Eqs. (42) and (35) into Eq. (30) gives the conclusion formula.

次に結論の(43)式を用いて順次算出する。ただしk=
0の時点の は初期値として概略値が知られ、 はもちろん特定できない量であるが経済的に統計量 を把握することは可能であり、これらの値を用いて議論
を進める。k=0のとき(41)式,(43)式より以下の
通り は求められる。
Next, the formula (43) of the conclusion is used to calculate sequentially. Where k =
At time 0 Is known as an initial value, Of course, it is an unspecified amount, but it is economically statistical It is possible to understand and use these values to proceed with the discussion. When k = 0, the following is obtained from equations (41) and (43) Is required.

同様の理論をk=kで行うと、この場合(41)式,(4
3)式中の は未知であるが、k=k−1の が既知であれば以下のように遂知算出が可能である。す
なわち は初期値として既知であるので、結局k=kにおける値
も求められるのである。
If the same theory is performed with k = k, in this case, equations (41) and (4
3) in the formula Is unknown, but k = k-1 If is known, the knowing calculation can be performed as follows. Ie Is already known as an initial value, so that the value at k = k is also obtained.

カルマンフイルタ理論の教えるところにより、k=k−
1における最適な推定量 を得ると をプロセスモデル106を構成する(21)式に代入して求
めればよいことが知られている。
According to the teaching of Kalman filter theory, k = k-
Optimal estimator in 1 And get It is known that can be obtained by substituting in the equation (21) forming the process model 106.

同様に とすれば以下のようになる。展開中(46)式,(28)式
を用いる。
As well Then it becomes as follows. Formulas (46) and (28) are used during expansion.

なお、上式の展開中に表われる はそれぞれ の平均,分散であるが、本発明の場合 は後述するように最適操作量算出器111の出力であり、
常に値を特定できるので以下となる。
It appears during the development of the above formula Are each In the case of the present invention, Is the output of the optimum manipulated variable calculator 111, as will be described later,
Since the value can always be specified, it is as follows.

したがつて は以下に示される。 Therefore Is shown below.

(46)式で求めた を(43)式に代入すれば求める最適推定量 を得る。このときの誤差の分散は(41)式において に(49)式で求めた が相当するので下式となる。 Calculated by equation (46) Optimal estimator to be obtained by substituting in (43) To get The variance of the error at this time is Was calculated by equation (49) Since it corresponds to, it becomes the following formula.

以上の理論をまとめると、プロセスモデル修正器105の
機能は(49)式,(50)式を援用して、プロセスモデル
106の出力 を補正し、プラント状態量の最適推定量 を求めればよいことになる。
To summarize the above theory, the function of the process model corrector 105 is to use the equations (49) and (50) to calculate the process model
106 outputs To estimate the optimum plant state quantity Will be required.

ただし以下の関係がある。 However, there are the following relationships.

ここに はプロセスモデル106中(21)式で求める。 here Is calculated by the equation (21) in the process model 106.

5)ベクトル信号減算器104 上述の(53)式の算出を行う。5) Vector signal subtractor 104 The above equation (53) is calculated.

6)プロセス状態記憶器107 時点kにおいてプロセスモデル修正器105、及びプロセ
スモデル106を用いて算出した を時点k+1までそのまま保存する。この動作はZ変換
を算出子zで表わすと、プロセス状態記憶器の入力rと
出力sの関係は下式に示される。
6) Process state memory 107 Calculated using process model corrector 105 and process model 106 at time point k Is stored as is until time point k + 1. In this operation, when the Z transform is represented by the calculator z, the relationship between the input r and the output s of the process state memory is expressed by the following equation.

z(s)=z(r)・Z-1 ……(54) 7)目標設定器108 気水分離器4の熱応力低減上、設定される昇圧率設定
、過熱器5出口ヘツダの熱応力低減上設定される昇温
率設定、昇圧目標値Pr、昇温目標値Tr、火炉出口ガ
ス温度目標値Θを設定する。これらはまとめて設定ベ
クトル として出力される。
z (s) = z (r) · Z -1 (54) 7) Target setter 108 Setting the boost rate to reduce the thermal stress of the steam separator 4.
r 1 , a temperature rise rate setting r 1 set for reducing thermal stress at the outlet of the superheater 5, a boost target value P r , a temperature rise target value T r , and a furnace outlet gas temperature target value Θ r are set. These are collectively set vectors Is output as.

8)ベクトル信号減算器109 下式を算出する。8) Vector signal subtractor 109 Calculates the following formula.

9)ベクトル積分器110 調整により決定する対角行列 を用いて下式を算出する。 9) Vector integrator 110 Diagonal matrix determined by adjustment The following formula is calculated using.

10)最適操作量算出器111 前述のように本発明においては実プラントは次の方程式
に支配されると考えられている。
10) Optimal manipulated variable calculator 111 As described above, in the present invention, the actual plant is considered to be governed by the following equation.

しかし実際、観測ベクトル は(29)式に示すように外乱や(57)式,(58)式と実
プラント特性のずれに基づく雑音 が加わるが、これに対してはプロセスモデル修正器によ
を算出して、(57)式中の におきかえて取り扱えば良いということをすでに説明し
た。
But in fact, the observation vector Is the noise due to the disturbance or the deviation between Eqs. (57) and (58) and the actual plant characteristics as shown in Eq. (29). However, the process model corrector By calculating It has already been explained that it should be handled in place of.

それでは以下本発明の中心部である最適操作量算出器の
機能を説明する。ベクトル信号減算器109、ベクトル積
分器110の作用は(55)式、(56)式をまとめて下式に
示される。
Now, the function of the optimum manipulated variable calculator, which is the center of the present invention, will be described below. The operation of the vector signal subtractor 109 and the vector integrator 110 is represented by the following expression, which is a combination of the expressions (55) and (56).

ここで各ベクトル、行列の次元を確認すると以下の通り
である。
The dimensions of each vector and matrix are as follows.

ただし第1図の実施例はp=1、m=3に相当する。 However, the embodiment of FIG. 1 corresponds to p = 1 and m = 3.

(59)式と(58)式より下式を得る。The following equation is obtained from equations (59) and (58).

(57)式と(60)式に着目して次の行列、ベクトルを定
義する。
Focusing on Eqs. (57) and (60), the following matrix and vector are defined.

以上の定義に従えば(57)式,(58)式,(59)式は次
の2式に帰着する。
According to the above definitions, Eqs. (57), (58), and (59) are reduced to the following two equations.

ここで具体的に の成分を示すと以下の通りである。 Concretely here The components of are shown below.

ここで以下のような評価関数を考える。 Consider the following evaluation function.

上式中 は下式に示す重み行列である。 During the above formula Is a weight matrix shown in the following equation.

最適操作量算出器111では、(67)式の制約条件下にお
いて(70)式によるJの値を最低にする を算出する。ここでq1〜q5はそれぞれ,,P,T,Θの
制御偏差の積分値に対する負でない重み係数で、この値
が大であるほど対応する偏差を小さくするよう制御が行
なわれる。本実施例では熱応力制限上からP,Tの目標値
が与えられ、実プラントをこの値に制御する
ことが特に重要であるので、q1,q2を大きく選ぶ必要が
ある。同様にr1,r2,r3はそれぞれ燃料流調弁20開度u1
タービンバイパス弁10開度u2、過熱器バイパス弁9開度
u3のそれぞれの開度の基準値υ0 1,υ0 2,υ0 3の偏差に
対する重み係数で、本実施例では燃料投入量をできるだ
け低く抑えた起動をめざすのでr1も大きく選ぶ必要があ
る。
The optimum manipulated variable calculator 111 minimizes the value of J according to equation (70) under the constraint conditions of equation (67). To calculate. Here, q 1 to q 5 are non-negative weighting factors with respect to the integral values of the control deviations of P, T, and Θ, respectively, and the larger the value, the smaller the corresponding deviation. In this example, the target values of P and T are
Given r 1 and r 2 , it is particularly important to control the real plant to this value, so q 1 and q 2 must be chosen large. Similarly, r 1 , r 2 and r 3 are the fuel flow control valve 20 opening u 1 and
Turbine bypass valve 10 opening u 2 , superheater bypass valve 9 opening
It is a weighting coefficient with respect to deviations of the reference values υ 0 1 , υ 0 2 , and υ 0 3 of the respective openings of u 3 , and in the present embodiment, since the aim is to start the fuel injection amount as low as possible, it is necessary to select r 1 as well. There is.

(67)式の制約条件のうち最後の の項は外から与えられ、プロセス構造と無関係であるの
で、(67)式の線形性より以下の理論では の場合で代表して考えて一般性を失わない。従がつて最
適操作量算出器111の機能は下式のJLを最小にする を求めることに帰着する。
The last constraint condition of (67) Since the term of is given from the outside and has nothing to do with the process structure, from the linearity of Eq. (67), the following theory In the case of, do not lose generality as a representative. Therefore, the function of the optimum manipulated variable calculator 111 minimizes J L in the following equation. Result in seeking.

(73)式の最小の条件は以下である。 The minimum condition of Eq. (73) is as follows.

ここで(68)式の関係を用いれば(73)式の をPckに変換できるから以下の3式が導かれる。 If we use the relation of equation (68), Can be converted to P ck , the following three equations are derived.

k=0,1,…………N−1 ……(78) k=Nの場合は下式のみ成立する。 k = 0,1, ... N-1 (78) When k = N, only the following formula is established.

(72)式より は対角行列で逆行列 が存在することは明らかなので、(75)式,(76)式よ
り下式を得る。
From equation (72) Is a diagonal matrix and the inverse matrix Since it is clear that there exists, the following equation is obtained from the equations (75) and (76).

ここでリカツチ変換と呼ばれる に関する下式の仮定をおけば、 をPckのフイードバツクの形で与えられ最適操作量算出
器111の目的に合致させることができる。
Called here Rikkatsu conversion If we make the following assumptions regarding Is given in the form of a feedback back of P ck , and can meet the purpose of the optimum manipulated variable calculator 111.

(81)式を(75)式に代入して下式を得る。 Substituting equation (81) into equation (75), the following equation is obtained.

(80)式,(81)式を(77)に代入してPck+1について
解くと下式が得られる。
Substituting Eqs . (80) and (81) into (77) and solving for P ck + 1 , the following equation is obtained.

(83)式を(82)式に代入して下式を得る。 Substituting the equation (83) into the equation (82), the following equation is obtained.

(84)式を任意のPckについて成立させる条件は以下の
通りである。
The conditions for satisfying the equation (84) for any P ck are as follows.

(79)式,(80)式より が求められる。 From equations (79) and (80) Is required.

よつて以後K=N−1,N−2,…………,0と順に(85)式
を用いて を算出することができる。
Therefore, after that, using equation (85), K = N-1, N-2, ... Can be calculated.

以上で求めた を(81)式に代入し(75)式,(80)式に代入してまと
めると、求める最適操作量が状態量ベクトルPckを知れ
ば以下のように求められる。
Determined above By substituting into equation (81) and substituting into equations (75) and (80), the optimum manipulated variable to be obtained can be obtained as follows if the state quantity vector P ck is known.

前述のように実プラントのPckは直接測定できない量で
あるが、プロセスモデル106とプロセスモデル修正器105
を用いて最適な推定量 として求めることができ、これを用いて最適な操作量を
以下のように算出できる。
As described above, the P ck of the actual plant is an amount that cannot be directly measured, but the process model 106 and the process model modifier 105
Optimal estimator using The optimum manipulated variable can be calculated as follows using this.

ここで は以下のように与えられる。 here Is given by

(87),(88)が最適操作量算出器の結論の式である。 (87) and (88) are the conclusion formulas of the optimum manipulated variable calculator.

第2図は本発明を適用した際のプラントの起動特性を示
したもので上から順に蒸気圧力の上昇,蒸気温度の上
昇,燃料投入量,タービンバイパス弁開度、過熱器バイ
パス弁開度の変化を示したものである。図中斜線部の高
さが各時点における、それぞれ,u1,u2,u3
相当し、前者2つは ベクトルの成分、後者3つは ベクトルの成分である。
FIG. 2 shows the starting characteristics of the plant when the present invention is applied. The steam pressure rise, steam temperature rise, fuel injection amount, turbine bypass valve opening, superheater bypass valve opening are shown in order from the top. It shows the change. In height each time point in FIG hatched portions, respectively correspond to z, z, u 1, u 2, u 3, the former two are Vector components, the latter three It is a vector component.

(70)式のJは,u1,u2,u3の2乗の和であ
り、本発明はJを最小にする操作法を探索することに帰
着しているから、これら斜線部の面積を小さくするよう
に作用し、しかもいずれの斜線部を優先的に小さくする
かは(71),(72)式中の重み係数q1〜q5,r1〜r3で設
定できる。従がつて本発明により第2図(a),
(b),(c)の斜線部を小さくするように起動制御を
行うことが可能でこの状態こそ、与えられた昇温率、昇
圧率を満足する燃料投入量最低の操作法にほかならな
い。
(70) expression of J is z, z, a sum of squares of u 1, u 2, u 3 , since the present invention has been reduces to searching the procedure to minimize J, these hatched It is possible to set the weighting factors q 1 to q 5 and r 1 to r 3 in the equations (71) and (72) that act to reduce the area of the part, and which of the shaded parts is preferentially decreased. . Therefore, according to the present invention, FIG.
It is possible to perform the start control so that the shaded portions of (b) and (c) are made small, and this state is exactly the operation method of the minimum fuel injection amount that satisfies the given temperature rise rate and pressure increase rate.

従がつて本発明の適用により、ボイラ厚肉部の熱応力を
制限しつつ、最適の燃料投入量で最短時間の起動を実現
できるボイラ起動制御装置を構成できる。
Therefore, by applying the present invention, it is possible to configure the boiler start-up control device that can realize the shortest time start-up with the optimum fuel injection amount while limiting the thermal stress in the thick-walled part of the boiler.

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

第1図は本発明の実施例に係る制御装置の系統図、第2
図は本発明を適用した際の起動特性を示す特性図、第3
図は従来技術の制御装置の系統図、第4図は従来技術を
適用した際の起動特性を示す特性図である。 100……蒸気温度検出器、101……ガス温度検出器、102,
103……信号微分器、104……ベクトル信号減算器、105
……プロセスモデル修正器、106……プロセスモデル、1
07……プロセス状態記憶器、108……目標値設定器、109
……ベクトル信号減算器、110……ベクトル信号積分
器、111……最適操作量算出器。
FIG. 1 is a system diagram of a control device according to an embodiment of the present invention, and FIG.
FIG. 3 is a characteristic diagram showing a starting characteristic when the present invention is applied,
FIG. 4 is a system diagram of a conventional control device, and FIG. 4 is a characteristic diagram showing start-up characteristics when the conventional technique is applied. 100 …… Steam temperature detector, 101 …… Gas temperature detector, 102,
103 ... Signal differentiator, 104 ... Vector signal subtractor, 105
…… Process model modifier, 106 …… Process model, 1
07: Process state memory, 108: Target value setter, 109
…… Vector signal subtractor, 110 …… Vector signal integrator, 111 …… Optimum manipulated variable calculator.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】過熱器(5)と、この過熱器(5)への蒸
気をバイパスする第1の弁(9)と、前記過熱器(5)
からの蒸気をその主たる供給先以外へ抜き出す第2の弁
(10)と、火炉への燃料供給量を制御する第3の弁(2
0)と、この過熱器(5)の出口の蒸気温度を検出する
温度検出器(100)と、このボイラ所定部の蒸気圧力を
検出する圧力検出器(11)を備えたボイラ装置におい
て、 前記温度検出器(100)ならびに圧力検出器(11)によ
って検出した蒸気温度信号、蒸気圧力信号からそれぞれ
蒸気温度変化率信号、蒸気圧力変化率信号を算出する変
化率演算手段(102,103)と、 過熱器における肉厚部の熱応力を低減する上で必要な昇
温率目標信号、昇圧率目標信号を設定する目標値設定手
段(108)と、 前記変化率演算手段(102,103)によって演算された蒸
気温度変化率信号、蒸気圧力変化率信号と、前記目標値
設定手段(108)によって設定された昇温率目標信号、
昇圧率目標信号とを比較して昇温率制御偏差信号、昇圧
率制御偏差信号を出力する比較手段(109)と、 その昇温率制御偏差信号、昇圧率制御偏差信号をそれぞ
れ積分する積分手段(110)と、 数学的手法によって構成し、現在の第1の弁(9),第
2の弁(10),第3の弁(20)の開度信号に基づいて一
定時間後の予測値を演算するプロセスモデル手段(106,
107)と、 そのプロセスモデル手段(106,107)で演算された予測
値とそれに対応する実測値との偏差に基づいて、前記プ
ロセスモデル手段(106,107)の予測値を修正するプロ
セスモデル修正手段(104,105)と、 そのプロセスモデル修正手段(105)によって修正され
たプロセスモデル手段(106,107)からの最適予測値
と、前記積分手段(110)からの制御偏差の積分値とに
基づいて、前記過熱器(5)の肉厚部の熱応力を制限し
て、燃料投入量が最少で起動が実現できる第1の弁
(9),第2の弁(10),第3の弁(20)の開度操作量
を演算する最適操作量算出手段(111)とを有すること
を特徴とするボイラ起動制御装置。
1. A superheater (5), a first valve (9) for bypassing steam to the superheater (5), and the superheater (5).
Second valve (10) for extracting steam from the reactor to other than its main supply destination, and a third valve (2) for controlling the fuel supply amount to the furnace.
0), a temperature detector (100) for detecting the steam temperature at the outlet of the superheater (5), and a pressure detector (11) for detecting the steam pressure at a predetermined portion of the boiler. Change rate calculation means (102, 103) for calculating a steam temperature change rate signal and a steam pressure change rate signal from the steam temperature signal and the steam pressure signal detected by the temperature detector (100) and the pressure detector (11), respectively, and a superheater. Target value setting means (108) for setting the temperature increase rate target signal and the pressure increase rate target signal necessary for reducing the thermal stress in the thick wall portion of the steam generator, and the steam temperature calculated by the change rate calculating means (102, 103). A change rate signal, a steam pressure change rate signal, and a temperature rise rate target signal set by the target value setting means (108),
A comparing means (109) for comparing the boost rate target signal with the boost rate control deviation signal and the boost rate control deviation signal, and an integrating means for integrating the ramp rate control deviation signal and the boost rate control deviation signal. (110) and a mathematical method, and the predicted value after a certain time based on the opening signals of the current first valve (9), second valve (10), and third valve (20) Process model means (106,
107) and the process model correction means (104,105) for correcting the predicted value of the process model means (106,107) based on the deviation between the predicted value calculated by the process model means (106,107) and the corresponding actual measured value. And the superheater (5) based on the optimum predicted value from the process model means (106, 107) corrected by the process model correction means (105) and the integrated value of the control deviation from the integration means (110). ) Opening operation of the first valve (9), the second valve (10), and the third valve (20), which can limit the thermal stress in the thick part and realize the start with the minimum fuel injection amount. A boiler start-up control device comprising: an optimum manipulated variable calculating means (111) for calculating a quantity.
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