JP2555200B2 - 複合発電設備 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、複合発電設備のように、複数ユニツトが互
いに補助蒸気を隔通し合い且つ、補助蒸気使用量の変動
が大きい補助蒸気を制御した複合発電設備に関する。

〔従来の技術〕

近年、ガスタービン発電設備と蒸気タービン発電設備
を組合せた複合発電設備が増えている。この複合発電設
備は、ガスタービン排ガスを熱源とする排ガスボイラか
ら発生した蒸気によつて蒸気タービンを駆使する方式で
あり、さらに、ガスタービンと蒸気タービンの両者又
は、ガスタービン、蒸気タービンそれぞれに接続される
発電機を駆使して発電する方式である。

ところで前述のような複合発電設備は複数発電ユニツ
トによつて一つの発電設備を構成する場合が多く、ガス
タービン燃料設備等の各発電ユニツト共通設備や、各発
電ユニツトの起動・停止時等に必要な補助蒸気を得るた
めの各発電ユニツトが互いに隔通し合う共通の補助蒸気
ヘツダを備えている。この補助蒸気ヘツダは常時所定の
圧力に制御されているが、補助蒸気源としては、各発電
ユニツトの排ガスボイラ発生蒸気の一部を注出してい
る。

第５図は前述の複合発電設備における従来の補助蒸気
システムの概略系統図例である。図中符号A,B,Cは発電
ユニツトA,発電ユニツトB,発電ユニツトＣを現わし、そ
れぞれがガスタービン排ガスを熱源とする排ガスボイラ
1,蒸気タービン2,発電機３によって構成される。又、排
ガスボイラ１は複数の場合もある。各発電ユニツトA,B,
Cは排ガスボイラ１にて発生した蒸気が主蒸気管10を通
じ、蒸気タービン２に入つて仕事をする。その一部の蒸
気を補助蒸気ヘッダ６に送る補助蒸気系統で、本図にお
いては、主蒸気管10から抽出し補助蒸気止弁４、調節弁
５を備えた補助蒸気管11を通じ、補助蒸気ヘツダ６に送
る場合を示す。

この補助蒸気管11には、補助蒸気圧力を検出するため
の圧力検出器７が設置され、その検出した圧力信号を圧
力調節計８に入力する。圧力調節計８は入力された圧力
信号が、予め設定された所定の圧力と一致しているかど
うかの演算を行い偏差がある場合には、その偏差を解消
するよう比例・積分・微分等適切な制御演算を行い、そ
の出力信号によつて調節弁５の開度を制御する。

また、補助蒸気止弁４は調節弁５が前後又は、前後の
いずれか一方に設置されるのが一般的であるが、本図に
おいては調節弁５の前に補助蒸気止弁４を設置した例を
示す。

この補助蒸気止弁４は、各発電ユニツトA,B,Cに設置
される制御装置18からの指令信号により開閉操作され
る。この開閉のタイミングは各発電ユニツトA,B,Cがそ
れぞれ補助蒸気を抽出可能な運転状態になつた時点で開
操作され、抽出不可の運転状態になつたならば閉操され
る。

すなわち従来の補助蒸気制御は、各発電ユニツトA,B,
Cが補助蒸気を抽出可能となつた時点で補助蒸気止弁４
を開操作し、全開したならば調節弁５が補助蒸気圧力を
所定の値に制御しながら補助蒸気ヘツダ６への補助蒸気
供給を行つていた。

尚、この種の補助蒸気制御方法としては、特開昭61−
142307号「複合発電設備の補助蒸気圧力制御装置」があ
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

前述従来技術においては、全への発電ユニツトA,B,C
から補助蒸気ヘツダ６へ補助蒸気を供給する制御になる
ため、前記に示す特開昭61−142307号にも記載されてい
るように各発電ユニツトA,B,Cから補助蒸気ヘツタ６へ
の補助蒸気供給量にアンバランスが発生する等の問題が
あつた。又、特開昭61−142307号における発明の補助蒸
気制御方法の場合は、各発電ユニツトA,B,Cに設置され
る調節弁５の開度は均一になるものの各発電ユニツトA,
B,Cの運転負荷により補助蒸気ヘツダ６への補助蒸気供
給量にはアンバランスが生じる。これは複合発電設備の
補助蒸気供給源の圧力及び温度は、運転負荷により変化
する特性を有しているため調節弁５の開度を一定にする
と、各発電ユニツトA,B,Cの運転負荷により補助蒸気供
給源の圧力・温度が変化し、補助蒸気ヘツダ６への補助
蒸気供給量が変化してしまう為である。このため、前述
の問題点は解決されてはいない。尚、複合発電設備の補
助蒸気使用量は起動時多量に必要とされ、定格負荷運転
時にはほとんど必要としないという特徴を有している。
又、調節弁５の口径（容量）は、補助蒸気使用量の多い
起動時の条件で決定される。このため、定格負荷運転時
のような極少量の補助蒸気量を各発電ユニツトA,B,Cの
全調節弁５にて制御すると、調節弁５の開度は微開とな
り調節弁５の制御可能範囲（レンジヤビリテイー）を逸
脱し、補助蒸気ヘツダ６の圧力が不安定になるという問
題があつた。

本発明の目的は、補助蒸気ヘッダに補助蒸気を供給す
る特定の蒸気系統を予め定められた順序に従って設定
し、かつ定格負荷運転時のような極少量の補助蒸気供給
運転時においても微開運転を行うこと無く常時調節弁５
の開度を制御可能範囲に保ち、補助蒸気ヘツダ６の圧力
を安定制御することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、ガスタービンの排ガスを用いて蒸気を発生
する排ガスボイラと、排ガスボイラで発生した蒸気の一
部を補助蒸気ヘッダに導き、補助蒸気ヘッダと排ガスボ
イラとを蒸気止弁を介して連結する蒸気供給系統とを含
む発電ユニツトを複数有する複合発電設備に関するもの
である。そして、複数の発電ユニツトの運転状態を監視
し、補助蒸気ヘッダに導かれる補助蒸気の供給条件が成
立した発電ユニットを選択すると共に、選択された発電
ユニツトの蒸気止弁を開とし、他の蒸気止弁を閉とする
制御を行う制御装置を設けたことを特徴とする。

また、本発明の複合発電設備用補助蒸気制御方法は、
複数の排ガスボイラで蒸気を発生させ、蒸気の一部を補
助蒸気として共通の補助蒸気ヘッダに導く際に、補助蒸
気ヘッダとそれぞれの排ガスボイラとを連結する蒸気供
給系統に形成された蒸気止弁を開閉し、補助蒸気を制御
するものであって、排ガスボイラと蒸気供給系統とを有
する発電ユニットの運転状態を監視し、補助蒸気の供給
条件が成立した発電ユニツトを選択すると共に、発電ユ
ニツトの蒸気止弁を開放し、他の蒸気止弁を閉止する操
作を行うことを特徴とする。

〔作用〕

前述の手段を実施することにより、補助蒸気供給可能
と判断された発電ユニツトの中から任意に選択された発
電ユニツトからのみ補助蒸気を供給するため、複合発電
設備全体及び各発電ユニツトは安全に運転可能となり且
つ、調節弁５は常に制御可能範囲内にて安定した制御を
行うことが可能となる。又、常時補助蒸気供給待機発電
ユニツトを有していることから、万一の場合のバツクア
ツプも可能であり安全性についても何ら問題となる点は
無い。

さらに、補助蒸気供給・供給待機・供給停止等おのお
の選択される発電ユニツトは順次選択が行われることか
ら、限られた発電ユニツトからのみ補助蒸気が供給され
ことは無く、各発電ユニツトとも同等の運用が行え、一
部の発電ユニツトのみ運転効率の低下が生じるような問
題は無い。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図を用い説明する。第１図
は本発明の補助蒸気システムの概略系統図を示すもので
ある。本図の説明に当りシステム構成及び各部の機能に
ついては第５図とほとんど同一のため、異なる部分のみ
適宜説明する。

本実施例で、補助蒸気供給、供給待機、供給停止等を
行うそれぞれの発電ユニツトの選択は、全発電ユニツト
A,B,Cの運転状態を監視する総括制御装置９にて行う。
そして、総括制御装置９はそれぞれ選択した発電ユニツ
トA,B,Cの補助蒸気止弁４を開閉操作する。すなわち、
補助蒸気供給発電ユニツトをA,補助蒸気供給待機発電ユ
ニツトをB,補助蒸気供給停止発電ユニツトをＣと選択し
た場合には、発電ユニツトＡとＢの補助蒸気止弁４を開
操作し、発電ユニツトＣの補助蒸気止弁４は全閉のまま
とするもので、発電ユニツトＡとＢが補助蒸気供給又
は、供給待機のいずれかに選択されているもので本実施
例の説明においては、発電ユニツトＡが補助蒸気供給、
発電ユニツトＢが補助蒸気供給待機に選択されたもとす
る。

補助蒸気供給、供給待機、供給停止の各発電ユニツト
の選択方法としては、総括制御装置９に入力されている
各発電ユニツトA,B,Cの運転モード、補助蒸気源圧力状
態、蒸気タービンプラントに設置される加減弁等各種弁
の運転開度のデータから、補助蒸気供給可能か否かを、
予め設定した順番に従い判定し、補助蒸気供給発電ユニ
ツト等を順次選択するものである。すなわち、補助蒸気
供給可能条件の成立が発電ユニツトＡ→Ｂ→Ｃの順番で
あつた場合は、前述と同様に補助蒸気供給には発電ユニ
ツトＡが選択され、補助蒸気供給待機には発電ユニツト
Ｂが、補助蒸気供給停止には発電ユニツトＣがそれぞれ
選択されるものとしたものである。又、発電ユニツトA,
B,Cが同時に補助蒸気供給可能となつた場合には予め設
定した順に従いそれぞれを順次選択する。尚、この選択
順番は前述のように予め設定した場合は、補助蒸気供給
可否の判定順に使用する訳であるが、オペレータリクエ
ストにより任意選択可能としてある。但し、その場合は
補助蒸気供給可能条件が成立していることを許可条件と
することで、発電ユニツトの安全を確保することができ
る。ここで、補助蒸気供給可能条件を確認する補助蒸気
止弁４の操作ロジツク図を第２図に示し以下説明する。

まず、補助蒸気止弁４の開操作は、補助蒸気供給ユニ
ツトが１ユニツト以下であれば信号24が出る。これは補
助蒸気供給発電ユニツトと供給待機発電ユニツトの２つ
のユニツトの補助蒸気止弁４を開かせる必要があるため
である。尚、信号24に示すユニツト数は、補助蒸気供給
ユニツト数を複数にしたい又は、複数にする必要がある
場合は2,3…ｎと任意に設定可能とする。又、補助ヘツ
ダ圧力が規定値以下の場合に信号25が出る。これは、補
助蒸気使用量が何らかの原因により多くなつた場合、さ
らに他の発電ユニツトの補助蒸気止弁４を開操作する信
号で万一の場合のバツクアツプ用である。これら信号2
4,25のいづれか少なくとも一方がOR回路22に入力される
とAND回路20Aに信号を伝える。前述にて各発電ユニツト
A,B,Cの運転状態を監視しているが、補助蒸気供給条件
が成立したならば信号23を出し、AND回路20Aに伝える。
さらに、前述の補助蒸気供給ユニツト選択時選択された
発電ユニツトは、信号26が、AND回路20Aに入力される。
AND回路20Aは、これら入力された信号が全て成立したな
らば、AND回路20Bに信号を伝える。又、調節弁５が自動
になつている場合信号27をAND回路20Bに伝え、この両者
の信号が成立したならば補助蒸気止弁４に開指令30を与
え同弁４を開操作する。信号27を用いる理由は、調節弁
５を何らかの理由により手動にて閉操作している場合に
は、補助蒸気制御不能のため、補助蒸気止弁４を開操作
させないようにする保護回路である。

つぎに補助蒸気止４の閉操作は、補助蒸気供給条件が
不成立となつた場合に信号28を出す。又、補助蒸気供給
ユニツトが２ユニツト以上なつた場合に信号29を出す。
これらの信号はAND回路20Cに伝えるが、信号28と29の両
者が入力されたことをもつてAND回路20Dに信号を伝え
る。ここで、信号29に設定するユニツト数は、前述補助
蒸気止弁４の開操作のロジツク説明時の信号24にて設定
したユニツト数を上廻るユニツト数を予め設定するか、
任意に設定することで、補助蒸気供給発電及び供給待機
発電ユニツト数を必要最小限に止めることが可能とな
る。

つぎに補助蒸気供給発電ユニツトと供給待機発電ユニ
ツトの選択方法について、第３図にて説明する。

第３図は、補助蒸記圧力を制御する調節弁５の制御ロ
ジツク図を示すものであるが圧力検出器７にて検出した
補助蒸気圧力は、圧力調節計８に入力され、そこで適切
な制御演算を行い、補助蒸気圧力が所定の値になるよう
な指令信号を調節弁５に与え、調節弁５はその指令信号
に基づき開閉動作して、補助蒸気圧力を所定の値に保つ
ものである。つぎに、この圧力調節設計８の制御演算内
容について説明する。圧力検出器７にて検出した補助蒸
気出力は、偏差演算器31にて所定の設定圧力との偏差を
求め、制御演算器32に伝える。制御演算器32は、その偏
差に見合う比例・積分・微分等の演算を行い、信号選択
器33を介し調節弁５に制御指令を与え、前記の偏差が解
消するまで調節操作継続する。ここで偏差演算器31に与
えられる所定の設定圧力とは通常の制御圧力と待機制御
圧力のいずれかである。この設定圧力は以下のように、
設定される。

まず、補助蒸気止弁４が全開又は、全開と同等の開度
に達つしたならば、信号16をAND回路20Eに入力する。
又、補助蒸気圧力が待機制御圧力以下の場合は、調節弁
５が開し補助蒸気の供給を行い、補助蒸気制御を開始す
る訳であるが、その条件により信号15がAND回路20Eに入
力する。AND回路20Eは前記信号15と16の両者が入力され
たならば、信号設定器14にその信号を出す。信号設定器
14は、この信号が入力されたならば、制御設定演算器13
aにこの信号を伝え、補助蒸気圧力の設定を待機制御圧
力から通常の制御圧力に切換えるものである。

一方、発電ユニツトA,B,Cのいずれかから既に補助蒸
気を供給している場合、補助蒸気圧力は待機制御圧力以
上の通常の制御圧力になつているため、信号16が出力さ
れても調節弁５は制御に入らない。したがつて信号15が
出ないことから、AND回路20Eから信号設定器14への信号
も出ないため信号設定器14からも信号が出力されない。
これをNOT回路21Bが検出し、制御設定演算器13bにこれ
を伝え補助蒸気圧力の設定は待機制御圧力のままであ
る。また、補助蒸気を供給している発電ユニツトが、補
助蒸気の供給を止める場合は、補助蒸気止弁４が閉操作
されるため、信号16が出なくなる。これをNOT回路21Aが
検出し、信号設定器14に伝え信号設定器14からの出力信
号を出ないようにする。するとNOT回路21Bが信号設定器
14からの出力信号が無いことを検出し、制御設定演算器
13bにこれを伝え補助蒸気圧力の設定を通常の制御圧力
から待機制御圧力から待機制御圧力に切換えるものであ
る。

さらに、補助蒸気の供給、供給待機、供給停止を確実
に行えるよう、信号16が出た場合は調節弁開度制限設定
器17aに信号を与える。その信号を受け同開度制限設定
器17aは、調節弁５への制御指令信号に対し開度制限を
除外する信号（全開または、全開と同等の信号を信号）
選択器33に伝える。信号選択器33は、制御演算器32から
の制御指令信号と調節弁開度制限設定器17aからの開度
制限除外信号を比較し、いずれか一方の信号を選択（本
実施例においては低値を選択するものとする）し、調節
弁５へ制御信号を伝えるものである。

また、信号16が出ない場合は、NOT回路21Cがこれを検
出し、調節弁開度制限設定器17bに信号を与える。その
信号を受け同開度制限設定器17bは、調節弁５への制御
指令信号に対し開度制限を行う。信号（全開または、全
閉と同等の信号）を信号選択器33に伝える。信号選択器
33は、制御演算器32からの制御指令信号と調節弁開度制
限設定器17bからの開度制限信号に比較し、いずれかの
一方の信号を選択（本実施例においては低値を選択する
ものとする）し、調節弁５へ制御信号を伝えるものであ
る。

すなわち、発電ユニツトA,B,C全てが停止している状
態から、Ａ→Ｂ→Ｃの順に起動した場合、補助蒸気供給
可能となる順番は起動順と同様に発電ユニツトＡ→Ｂ→
Ｃの順となり、補助蒸気止弁４は、発電ユニツトA,Bの
同弁４が順次開する。また、発電ユニツトＡの調節弁５
は同ユニツトＡの補助蒸気止弁４が全開又は全開と同等
の開度になつた時点で制御に移行し、補助蒸気圧力制御
の設定値は通常の制御設定値に切替り補助蒸気供給状態
となる。そして、発電ユニツトＢの調節弁５は同ユニツ
トＢの補助蒸気止弁４が全開又は全開と同等の開度にな
つた時点で制御に移行できる状態となるが、発電ユニツ
トＡから補助蒸気圧力を供給しているため補助蒸気圧力
は、通常の制御圧力に保たれている。したがつて発電ユ
ニツトＢの調節弁５は制御に入らず全閉のままであり、
且つ制御圧力設定値も待機制御圧力のまま待機状態とな
る。

一方、発電ユニツトＣは補助蒸気止弁４が開操作され
ないため、補助蒸気供給停止状態となる。

以下、本発明によれば前述の目的である補助蒸気ヘツ
ダ６の圧力を安定制御することが可能となる。

尚、本実施例においては補助蒸気止弁４と調節弁５に
それぞれ機能を分散したが、いずれか片方の弁４又は５
に全ての機能をもたせることも可能である。

第４図は縦軸に補助蒸気量Ｗ。横軸に調節弁開度αを
取つたもので、調節弁５の流動特性を示したものであ
る。

複合発電設備における補助蒸気使用量が最大となるも
のは起動時であり、通常運転中は最大使用量に対し約15
％程度と小量である。ここで調節弁５の安定制御範囲は
一般に10％開度から90％開度の範囲である。一方調節弁
の仕様決定については、補助蒸気使用量が最大の時にお
いても安定制御が得られるよう、前記最大使用量時、弁
開度が80％前後になるよう決定する。その場合、通常運
転中の補助蒸気量15％をA,B,Cのいずれ一つの発電ユニ
ツトからのみ補助蒸気を供給すると調節弁５の弁開度は
約12％程度となり安定制御範囲内に止どめられるが、三
つの発電ユニツトA,B,C全てから供給すると調節弁５の
弁開度はその三分の一の約４％程度となり、調節弁５の
安定制御範囲を外れる結果となり補助蒸気圧力制御が不
安定となる。したがつて、補助蒸気の安定供給を図るた
めには、補助蒸気の供給ユニツト台数は必要量最小限に
止める必要があり、本発明はそれが可能である。

又、本発明は在来型火力発電設備においても適用可能
であり、その効果についても充分発揮される。

本発明は上記記載の如く、補助蒸気ヘッダに補助蒸気
を供給する蒸気系統を予め定められた所定の順番に従っ
て選択することができるので、各発電ユニットとも同等
の運用が行なえ、一部の発電ユニットのみ運転効率が低
下するようなことがなく、かつ調節弁の開度を常時制御
可能範囲に保つことが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の補助蒸気システムの系統
図、第３図は本発明の補助蒸気調節弁制御ブロツク図、
第２図は本発明の補助蒸気止弁操作ロジツク図、第４図
は本発明の調節弁流量特性図、第５図は従来技術におけ
る補助蒸気システムの系統図である。 １……排ガスボイラ、２……蒸気タービン、３……発電
機、４……補助蒸気止弁、５……調節弁、６……補助蒸
気ヘツダ、７……圧力検出器、８……圧力調節計、９…
…総括制御装置、10……主蒸気管、11……補助蒸気管、
13a、ｂ……制御設定演算器、14……信号設定器、15…
…調節弁制御開始信号、６……補助蒸気止弁全開信号、
17a、ｂ……調節弁開度制限設定器、18……制御装置、1
9……制御設定器、20A,B,C,D,E……AND回路、21A,B,C…
…NOT回路、22……OR回路、23……補助蒸気供給条件設
立信号、24……補助蒸気供給ユニツト１ユニツト以下信
号、25……補助蒸気ヘツダ圧力低信号、26……補助蒸気
供給ユニツト選択信号、27……調節弁自動信号、28……
補助蒸気供給条件不成立信号、29……補助蒸気供給ユニ
ツト２ユニツト以上信号、30……開閉指令器、31……偏
差演算器、32……制御演算器、33……信号選択器。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ガスタービンの排ガスを用いて蒸気を発生
   する排ガスボイラと、前記排ガスボイラで発生した蒸気
   の一部を補助蒸気ヘッダに導き、前記補助蒸気ヘッダと
   排ガスボイラとを蒸気止弁を介して連結する蒸気供給系
   統とを含む発電ユニツトを複数有する複合発電設備にお
   いて、 前記複数の発電ユニツトの運転状態を監視し、前記補助
   蒸気ヘッダに導かれる補助蒸気の供給条件が成立した発
   電ユニットを選択すると共に、選択された発電ユニツト
   の蒸気止弁を開とし、他の蒸気止弁を閉とする制御を行
   う制御装置を設けたことを特徴とする複合発電設備。
2. 【請求項２】複数の排ガスボイラで蒸気を発生させ、前
   記蒸気の一部を補助蒸気として共通の補助蒸気ヘッダに
   導く際に、前記補助蒸気ヘッダとそれぞれの排ガスボイ
   ラとを連結する蒸気供給系統に形成された蒸気止弁を開
   閉し、前記補助蒸気を制御する複合発電設備用補助蒸気
   制御方法において、 前記排ガスボイラと蒸気供給系統とを有する発電ユニッ
   トの運転状態を監視し、前記補助蒸気の供給条件が成立
   した発電ユニツトを選択すると共に、前記発電ユニツト
   の蒸気止弁を開放し、他の蒸気止弁を閉止する操作を行
   うことを特徴とする複合発電設備用補助蒸気制御方法。