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水-過熱蒸気系の温度制御弁応答解析#

解析モデル#

排熱回収ボイラでは、GT ガス排ガスの熱で水を蒸発させ、蒸気の熱を二次利用する[1][2]。 ここでは、低圧系の出口の過熱蒸気の温度制御を対象とする。

水-過熱蒸気系を Advance/FrontNet/Γ で図 1左のようにモデル化する。ここで、Advance/FrontNet/Γ は単相用のソフトウェアであるが、噴霧器の大きな抵抗および完全蒸発を想定すれば、水と過熱蒸気の圧力が大きく異なるため、2 つの相を同時に解くことができる。制御ブロック図は図 2のように組んだ。


図 1　管路系モデル




図 2　制御ブロック図（下流熱量制御）




図 3　計算条件


図 4　計算条件（給水温度異常を想定）

解析結果#

ケース 1として、図 3の過熱蒸気の温度変化を考慮した場合の計算を実施し、制御弁の応答を調べた。計算結果は図 5のように、制御弁の容量が足りず、開度が 100% に張り付く時間帯があった。それにも関わらず、制御により、流入温度 +10℃ の計算では +4℃、+20℃ では +12℃ の変化にとどまった。


図 5　計算結果（左：弁開度変化、右：温度計の位置の過熱蒸気温度）


ケース 2として、図 4の給水温度異常の解析を実施した。計算結果は図 6のように、給水温度が常温（10℃）や SV 値と同じ温度（220℃）となっても、制御により SV 値 ±0.5℃ 以内に収まることが確認できた。


図 6　計算結果（左：弁開度変化、右：温度計の位置の過熱蒸気温度）

参考#

[1] 火力発電総論、瀬間徹　電気学会

[2] 1500℃級ガスタービンコンバインドプラントの設計と試運転実績ー東京電力㈱川崎火力発電所第１号系列の建設ー、三菱重工技報、Vol. 46 No.2 (2009) 発電技術特集

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