火力プラント制御をより理解するための熱力学

火原協大学講座
専門講座
火力プラント制御をより理解するための熱力学
～“ｴﾝﾀﾙﾋﾟｰ”、“比容積”、“定圧比熱”から
生まれた制御を考える～
2015.2.21
エンジニアリング本部エンジニアリング総括部
制御システム技術部横浜制御システム設計課
松岡俊規
今日の要旨
■ エンタルピーについてのおさらい
「エンタルピーって何だろう？
これがわかれば視界が大きく広がる・・・」
■ 比容積関連基礎演習
「定圧貫流／変圧貫流各負荷のプロット」
■ 給水BIR（ﾎﾞｲﾗ入力加速信号）との関連(比容積分）
「負荷上昇時のオーバーポンピング量の概算」
■ 定圧比熱関連 ※ 後半の講義です
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1
エンタルピーって何？単位は？
■ ボイラの水（蒸気）について，センサにより，圧力・温度を計測
することが可能です。しかし，圧力・温度のみでは，水（蒸気）
の有するエネルギーは決まらない場合があります。
単位は？
kcal/kg
単位の意味は？
1g
0℃
1kg(1ℓ) 1 kcal/kg
0℃
1kg(1ℓ)
1℃
1 cal/g
1kg(1ℓ)
0℃
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1g
1℃
100 kcal/kg 1kg(1ℓ)
100℃
2
エンタルピーって何？単位は？
■ 私たちの日常生活において，また私達自身にとっても水（Ｈ２Ｏ）は
最も親しみのある物質です。しかし，発電所のボイラの水（蒸気）も
同じ水ですが，その圧力/温度が想像を超える変化をします。
1kg(1気圧)
1kg(300kg/cm2)
0℃
200℃
2kg(1気圧)
2kg(？kg/cm2)
50℃
？℃
1kg(1気圧)
1kg(246kg/cm2)
100℃
500℃
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3
比エンタルピ Specific Enthalpy （ kcal/kg )
1051
0
956
10
P:0
T:100
h:639
836
717
圧力 Pressure ( MPa(g) )
15 20 25 30 35 40
乾き蒸気
二相域
(湿り蒸
気)
597
478
358
239
P:0
T:100
h:100
119
0
5
水､蒸気の状態を示した図
0
臨界点
水
P:225.56
T:374.15
h:507.81
45
50
4500
800℃
700℃
600℃
550℃
500℃
4000
450℃
2500
400℃
350℃
300℃
2000
200℃
1000
100℃
500
3500
3000
1500
比エンタルピ Specific Enthalpy （ kj/kg )
蒸気線図とは？
0℃
0
50 101 152 203 254 305 356 407 458 509
圧力 Pressure ( kg/cm2(g) )
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4
定圧貫流／変圧貫流ボイラのBIR(ボイラ入力加速信号)量
■ 変圧貫流では定圧貫流と比べ、ＢＩＲ量が大きくなる。
① 給水ＢＩＲ
①-1 比容積変化（ボイラ内流体重量）を
補う。
ＭＷＤ
①-2
給水指令
①-1
①-2 すぐに蒸発しない（各部メタル温度
上昇が必要）ことから、主蒸気圧力
が過渡的に低下しない様に追加。
※ 今回の演習では、上記の①-１分について計算する。
②
② 燃料ＢＩＲ
①-2
燃料指令
③
②
空気指令
② 給水BIR追加分
＋各部メタル保有熱量上昇分を追加。
③ 空気ＢＩＲ
③ 燃料BIR追加分
+ 最適排ガスＯ２制御のために追加。
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5
定圧貫流／変圧貫流の負荷変化時の給水BIR量
定
圧
貫
流
プ
ラ
ン
ト
変
圧
貫
流
プ
ラ
ン
ト
＜比容積変化＞
一例として、負荷を５０％から１００％に変化した場合で比較する。
定
圧
貫
流
小
比容積の変化
大
小
ボイラ保有流体重量の変化
大
小
給水ＢＩＲ量 ①-１
ボイラメタル熱保有量
の変化
給水ＢＩＲ量 ①-２
大
小
小
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大
変
圧
貫
流
大
6
定圧貫流／変圧貫流の負荷変化時の給水BIR量(比容積分)
水と蒸気と比容積
（変圧とボイラ保有水）
不足分をＢＦＰ
から補給する。
８５ｋ
２４６ｋ
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２４６ｋ
7

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