JP3046442B2 - 複合サイクル発電プラント用蒸気タービン制御装置 - Google Patents
複合サイクル発電プラント用蒸気タービン制御装置Info
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Description
ビンとを組み合わせて構成される複合サイクル発電プラ
ントにおける蒸気タービンの制御装置に関する。
おいては、ガスタービンで仕事をした高温度の排気ガス
を利用して排熱回収ボイラにおいて熱交換し、蒸気を発
生させて、この蒸気によって蒸気タービンを駆動するよ
うにしている。発電は前記ガスタービン、蒸気タービン
の双方によってなされ熱エネルギーを効率よく利用する
ようにしている。この種の発電方式は、従来のガスター
ビン単体による発電または蒸気サイクル発電に比して、
より効率の高い発電方式として現今注目されるようにな
ってきた。
スタービン、排熱回収ボイラ、蒸気タービン等の各々の
機器の特性を生かした最適な制御方式を採用することが
プラントの効率的運用、容易な運転を実現する上で重要
である。
ル発電プラントおよびその運転態様の概略を説明する。
図2は2軸のガスタービン(図示の簡略化のためガスタ
ービンは1軸分のみ)と1軸の蒸気タービンとにより構
成された複合サイクル発電プラントの模式図である。
た空気は、燃焼機2から噴射されるガスと混合して、こ
れにより生成される高温度の燃焼ガスはガスタービン3
に高速で進入し、これを駆動する。なお、ガスタービン
3は発電機4gを駆動して発電を行う。
おえた高温度の排気ガスは、排熱回収ボイラ5に供給さ
れ、高圧蒸気発生器6、低圧蒸気発生器7を経由する間
に水と熱交換して、大気中に放出される。高圧蒸気発生
器6で発生した蒸気は、高圧主蒸気止め弁8、高圧蒸気
加減弁9を介して蒸気タービン10の高圧段落に流入
し、低圧蒸気発生器7で発生した蒸気は低圧主蒸気止め
弁11、低圧蒸気加減弁12を介して蒸気タービン10
の低圧段落に流入する。これ等の蒸気により、蒸気ター
ビン10は駆動され発電機4sを駆動して発電を行う。
気は、復水器13に流入しここで冷却水と熱交換して復
水し、この復水は排熱回収ボイラ5に還流される。な
お、高圧主蒸気系統内の余剰蒸気は高圧バイパス弁14
を介して、また低圧主蒸気系統内の余剰蒸気は低圧バイ
パス弁15を介して、それぞれ前記復水器13に流入し
それ等の復水もまた排熱回収ボイラ5に還流される。
転態様を説明する。上記の多軸型複合サイクル発電プラ
ントを起動するに際しては、まずガスタービン3の起動
がなされ、その排熱によって排熱回収ボイラ5の暖機が
なされる。前記の暖機により排熱回収ボイラ5の高圧蒸
気発生器6および低圧蒸気発生器7は、その発生蒸気圧
力、温度を徐々に上昇させていき、まず高圧蒸気が安定
したところで、高圧蒸気加減弁9が開き高圧蒸気が蒸気
タービン10の高圧段落に流入する。次に低圧蒸気が安
定したところで、低圧蒸気加減弁12が開き低圧蒸気が
蒸気タービン10の低圧段落に流入する。この間、各蒸
気発生器6、7で発生した余剰蒸気は、高圧バイパス弁
14および低圧蒸気バイパス弁15を経由して、蒸気タ
ービン10を通過することなく復水器13に直接に流入
する。
安定に蒸気を発生し出すと、各バイパス弁14、15が
全閉し、蒸気タービン10には各蒸気発生器6、7の蒸
気発生量に見合った蒸気が流入する。蒸気タービン10
の通常運転時においては、蒸気タービン10の効率を高
める目的で、各蒸気加減弁9、12を全開とした変圧モ
ードでの運用が採用されている。上記のようにすること
により、蒸気タービンの起動時および負荷上昇時におけ
る蒸気加減弁9、12による絞り損失を少なくして、蒸
気タービン10での高い発電効率を維持しようとするも
のである。すなわち、各蒸気加減弁9、12を早期に全
開とし、その後蒸気発生器6、7の圧力の上昇に従って
負荷上昇を図るようにしているのである。
減弁9および12の開度(図中107および108)、
各バイパス弁14および15の開度(図中105および
106)、蒸気タービン10の速度および負荷(図中1
01および102)の関係を示す。
ボイラ5が暖機され高圧蒸気発生器6の圧力103が所
定の値になると、高圧バイパス弁14はその開度を徐々
に増大させていく。さらに、高圧蒸気発生器6の温度が
所定の値となったところで、高圧蒸気加減弁9を制御し
て、蒸気タービン10の昇速、定格回転数での運転、併
入操作を行う。さらに、蒸気タービンの暖機完了後に高
圧蒸気加減弁9は一定のレートでその開度を増大させ、
全開させられる。前記高圧蒸気加減弁9の開度増大中ま
たは全開時において、高圧主蒸気圧力が設定圧力以下と
なった場合には、高圧蒸気加減弁9を絞り込むことによ
り、高圧主蒸気圧力を設定値以上に保持する。高圧バイ
パス弁14は、蒸気タービン10に流入する蒸気流量が
増加するに伴い、その開度105を減じ終にはは全閉す
る。高圧バイパス弁14が全閉した後、高圧蒸気発生器
6圧力はガスタービン側の負荷上昇とともに上昇する。
の開度が一定開度以上となったところで、高圧蒸気加減
弁9とは異なった一定のレートでその開度を増大させ、
全開させられる。なお、この低圧蒸気加減弁12は前記
高圧蒸気加減弁9とは異なり、蒸気タービン10の調速
機能を有しない。また、低圧蒸気加減弁12は前記高圧
蒸気加減弁9と同様に、低圧蒸気圧力を設定値以上に保
持する機能を有する。低圧バイパス弁15の開度106
も、前記高圧バイパス弁14と同様に蒸気タービン10
に流入する蒸気流量の増加に伴い、全閉とされる。而し
て、前記低圧バイパス弁14の全閉後においては、低圧
蒸気発生器7の圧力104はガスタービン側負荷上昇と
ともに上昇する。
クを図4Aに示し、その動作を説明する。蒸気タービン
10の起動後は、蒸気タービン回転数101と、回転数
設定器109からの回転数設定信号が加算器110を経
て、偏差信号となり、この偏差信号は一定の速度調定率
によって蒸気タービン10を制御する。すなわち、前記
偏差信号は定数掛算器114に入力され、ここで速度調
定率に基づく信号とされ、高圧蒸気加減弁油筒111に
開度設定信号として加えられ、これにより蒸気タービン
10の所定の速度上昇がなされる。定格回転数に到達し
た後、タービン併入時には初負荷保持バイアス112が
加算される。さらに、負荷設定器113からの負荷設定
信号により蒸気加減弁は全開となる。一方、高圧蒸気加
減弁開度設定器116からは、初負荷保持後ある定めら
れたレートで開度を増大させる信号が発せられる。しか
して、高圧ドラム圧力103と、圧力設定器117に若
干の信号一定値バイアス圧力118が加算されたものと
の偏差が負となると、前記開度設定器116は開度増加
信号を保持するようになっている。
弁開度がある一定レートで増大された場合、蒸気タービ
ンに流入する蒸気流量の増大による排熱回収ボイラ高圧
ドラム圧力の低下を防止して、蒸気の安定な発生を確保
している。
および排熱回収ボイラ5を運転し、それ等の発生蒸気で
蒸気タービン10を運転する場合、排熱回収ボイラ5の
ドラム発生蒸気量と蒸気タービン流入蒸気量にミスマッ
チがあった際に作用する低圧蒸気加減弁12の弁位置制
御ブロックを示している。低圧蒸気加減弁12は前記し
たように蒸気タービン10の速度、負荷制御機能を有し
ない。しかしながら、例えば特に蒸気タービン10の負
荷遮断時のように急激な高圧蒸気加減弁9の絞り込みを
必要とする場合に、低圧蒸気加減弁12の作動が高圧蒸
気加減弁9の作動に対して大きな遅れがあれば、低圧蒸
気加減弁12を通じる蒸気量のみによっても蒸気タービ
ン10は十分危険速度に達するまで加速される。一般に
は、上記のような危険を避けるため低圧蒸気加減弁12
には高圧蒸気加減弁9とは異なる速度調定率(定数掛算
器114’により発生)を持たせ、低圧蒸気加減弁12
の閉動作が高圧蒸気加減弁9のそれにできるだけ追従す
るようにしている。
からは、高圧蒸気加減弁9の弁開動作などをもって、高
圧蒸気加減弁9とは異なるある定められたレートで開度
を増大させる信号が発せられる。しかして、高圧蒸気加
減弁9におけると同様、低圧ドラム圧力103’と、圧
力設定器117’に若干の信号一定値バイアス圧力11
8’が加算されたものとの偏差が負となると、前記開度
設定器116’は開度増加信号を保持するようになって
いる。
同様の構成と目的を同じくするが、低圧上記加減弁12
においては取り扱う蒸気が高圧蒸気加減弁9に比して、
かなり低温度、低圧力のものであることが多いため、蒸
気圧力、温度の低下により、場合によっては湿り蒸気ま
たは水滴混入蒸気の蒸気タービン10内への流入を生じ
るおそれがあり、蒸気タービンの羽根のエロージョンな
どの原因となることがあるので、非常に重要なものとな
っている。
について考える。蒸気タービン10に急激な回転数の上
昇があると、高圧蒸気加減弁9が定数掛算器114によ
り速度調定率に従って急閉する。一方、低圧蒸気加減弁
12においては蒸気タービン10が高回転数になって始
めて閉動作を開始する。
タービン10の内部圧力は復水器13と同一圧力、すな
わち真空状態となる。これにより、低圧蒸気加減弁12
の二次側圧力も真空状態となるため、低圧蒸気加減弁1
2の一次側二次側間の差圧が大となり、低圧蒸気発生器
7から蒸気タービン10への蒸気流量が急激に増大し、
蒸気タービン10が危険速度まで昇速されるおそれがあ
る。また、この際蒸気の急激な流出により低圧蒸気発生
器7のドラム内圧力が急激に低下し、低圧蒸気がドレン
化し易くなり、キャリーオーバドレンによる蒸気タービ
ン10の羽根、ノズル等の蒸気通路構成部材に、エロー
ジョン等の損傷を生じるおそれがある。さらに、低圧蒸
気加減弁12においては蒸気流量の増大にともない蒸気
流速が増大する。而して、これが一定の限界を超えると
特に内蔵ストレーナ(通常金網または多孔板により構
成)等の低圧蒸気加減弁構成部材が破損するおそれがあ
る。このストレーナ破損が生じると、その破片が蒸気タ
ービン10内に流入し前記キャリーオーバドレンによる
損傷以上の損傷を生じるおそれがあり、蒸気タービン1
0の安全な運転の続行は不可能となる。
高圧蒸気発生器6の圧力が何等かの異常により急激に低
下し、高圧蒸気加減弁9が急激に絞り込まれた場合に
も、低圧蒸気加減弁12の二次側圧力の急激な低下が見
られ、上記の各問題と同様の問題を生じ得ることとな
る。特に、上記の場合にあっては蒸気タービン10が系
統と繋がったままであり、蒸気タービン10の回転数は
系統の周波数に抑えられたままであるから、何等警報が
発せられることはなく、低圧蒸気加減弁12での蒸気流
速は急激に増大される。そのため、蒸気タービン10は
前記負荷遮断時以上に危険な状態に陥れられ、極端な場
合には羽根損傷によるタービンミサイル等も生じること
がある。
で、高圧蒸気加減弁急閉時に低圧蒸気加減弁を絞り込み
得る複合サイクル発電プラント用蒸気タービン制御装置
を提供する。
発電プラント用蒸気タービン制御装置は、ガスタービ
ン、排熱回収ボイラ、この排熱回収ボイラの発生蒸気に
より駆動される蒸気タービンを含み、前記ガスタービン
および前記蒸気タービンを別軸にしてそれぞれ別個の発
電機を駆動するようにした複合サイクル発電プラントに
おいて、蒸気タービン回転数の信号と高圧ドラム圧力の
信号とから高圧蒸気加減弁を制御する高圧蒸気加減弁弁
位置制御ブロックと、蒸気タービン回転数の信号、低圧
ドラム圧力の信号および低圧蒸気加減弁の上流側、下流
側のそれぞれに設けた圧力検出器の信号から蒸気流速信
号を算出し前記低圧蒸気加減弁を急閉する低圧蒸気加減
弁急閉回路からの信号とから低圧蒸気加減弁を制御する
低圧蒸気加減弁弁位置制御ブロックとを、高圧蒸気加減
弁開度に対応して低圧蒸気加減弁開度を制限する低圧蒸
気加減弁開度制限器で結び、これにより低圧蒸気加減弁
の弁位置制御ブロックには低圧蒸気加減弁開度を制限す
る低圧蒸気加減弁開度制限信号が入力され、この信号に
より前記高圧蒸気加減弁の急閉動作時に遅れなく前記低
圧蒸気加減弁の急閉動作が行える先行制御を行うことを
特徴とする。
ビン制御装置においては、蒸気タービンの負荷遮断時、
高圧蒸気圧力低下時等における高圧蒸気加減弁の急閉
に、従来の制御装置よりも遥かに速やかに低圧蒸気加減
弁を急閉させることができ、その閉鎖の遅れによる種々
の問題を引き起こすおそれはない。
符号を付した図1(a)は、本発明一実施例における高
圧蒸気加減弁の弁位置制御ブロックを示す図、図1
(b)は低圧蒸気加減弁12の弁位置制御ブロックを示
す図である。これ等の図において、本発明の複合サイク
ル発電プラント用蒸気タービン制御装置は、従来のこの
種の装置の低圧蒸気加減弁位置制御ブロックに低圧蒸気
加減弁開度制限器120を付加して構成されている。
高圧蒸気加減弁位置制御ブロックから与えられる高圧蒸
気加減弁実開度信号121に対応して、低圧蒸気加減弁
開度制限信号122を発生するものであって、この低圧
蒸気加減弁開度制限信号122は低圧蒸気加減弁位置制
御ブロックの低値優先回路に与えられる。
20の開度制限信号122は、予め算出した高圧側流量
/低圧側流量、これにバイアスを付加したものなどに基
づいて、折線、直線その他任意の関数によって与えられ
る。而して、低圧蒸気加減弁開度制限器120が頻繁に
外乱を与えるのを避けるために、高圧蒸気加減弁実開度
信号121に対して若干のバイアスを加えるようにして
いる。
ようにして計測される。すなわち、低圧蒸気加減弁12
の上流側、下流側にそれぞれ圧力検出器123、124
を設置し、これ等の圧力検出器の出力信号P1 、P2 を
低圧蒸気加減弁流速演算器127に入力させる。低圧蒸
気加減弁流速演算器127は、蒸気流速と蒸気流量の比
例関係から流速信号128を算出する。すなわち、流速
信号128は 流速信号128=P1 ×(P1 −P2 )1/2 ×α によって算出される。但し、上式中αは低圧蒸気加減弁
12のサイズ、形状、蒸気条件等から予め計算される値
であり、定数である。上記のようにして得られた実際の
流速は、予め規定した流速129と比較器130におい
て比較され、 128>129 の場合に、低圧蒸気加減弁急閉回路131により低圧蒸
気加減弁急閉信号が発生され、低圧蒸気加減弁12が急
閉される。上記構成の実施例は次のように作動する。
した場合には、図1Aの回路の調定率制御に従って、定
数掛算器114より高圧蒸気加減弁閉信号、または負荷
遮断を示す信号をキックオフとして、負荷制限器115
から急閉信号が出力される。上記2信号の中の何れか低
値が優先されて高圧蒸気加減弁9の急閉操作が行われ
る。
低圧蒸気加減弁開度制限器120から、高圧蒸気加減弁
開度制限信号121に対応する低圧蒸気加減弁開度制限
信号122が、低圧蒸気加減弁制御ブロックの低値優先
回路のどの入力信号よりも早く入力されるため、低圧蒸
気加減弁12は高圧蒸気加減弁9の閉動作時に殆ど遅れ
なく急閉させられる。
り蒸気タービン10の内部圧力低下が急激に発生した場
合には、低圧蒸気加減弁流速演算器127からの信号に
基づき、低圧蒸気加減弁急閉回路131は低圧蒸気加減
弁12に対して急閉信号を与えることとなる。
気圧力急速低下が生じた場合には、図1Aの圧力制御回
路119から高圧蒸気加減弁9に実圧力との偏差に基づ
く急閉信号が与えられる。この時においても、前記の負
荷遮断時と同様にして低圧蒸気加減弁開度制限器120
から低圧蒸気加減弁12に対して急閉信号が与えられる
ため、前記と同様にして低圧蒸気加減弁12は急閉され
る。
タービン10内部圧力低下に対しても、低圧蒸気加減弁
12の急閉がなされることは言うまでもないところであ
る。
らの信号は、蒸気タービン10側にタービン内蒸気通過
時間に相当する時定数を持たせてあるため、平常時にお
いては低圧蒸気加減弁開度制限器120の後備保護用と
して作用する。
サイクル発電プラント用蒸気タービン制御装置によれ
ば、蒸気タービンの負荷遮断時、高圧蒸気圧力低下時等
における高圧蒸気加減弁の急閉に際して、従来の制御装
置よりも遥かに速やかに低圧蒸気加減弁を急閉させるこ
とができ、その閉鎖の遅れによる種々の問題を引き起こ
すおそれはない。また、低圧蒸気加減弁における蒸気流
速を常時監視し、これが設定値以上となった場合には低
圧蒸気加減弁を急閉させるようにしてあるので、低圧蒸
気加減弁のストレーナその他の構成部材を破損するおそ
れはない。
弁の弁位置制御ブロックを示す図、(b)は低圧蒸気加
減弁12の弁位置制御ブロックを示す図。
タービンは1軸分のみ)と1軸の蒸気タービンとにより
構成された複合サイクル発電プラントの模式図。
バイパス弁の開度、蒸気タービンの速度および負荷の関
係を示す線図。
を示す図、(b)は低圧蒸気加減弁の弁位置制御ブロッ
クを示す図。
…発電機、5…排熱回収ボイラ、6…高圧蒸気発生器、
7…低圧蒸気発生器、8…高圧主蒸気止め弁、9…高圧
蒸気加減弁、10…蒸気タービン、11…低圧主蒸気止
め弁、12…低圧蒸気加減弁、13…復水器、14…高
圧バイパス弁、15…低圧バイパス弁、101…蒸気タ
ービン回転数、102…蒸気タービン負荷、103…高
圧蒸気圧力、104…低圧蒸気圧力、105…高圧バイ
パス弁開度、106…低圧バイパス弁開度、107…高
圧蒸気加減弁開度、108…低圧蒸気加減弁開度、10
9…回転数設定器、110…加算器、111…高圧蒸気
加減弁油筒、111’…低圧蒸気加減弁油筒、112…
初負荷保持バイアス、113…負荷設定器、114、1
14’…定数掛算器、115、115’…負荷制限器、
116…高圧蒸気加減弁開度設定器、116’…低圧蒸
気加減弁開度設定器、117、117’…圧力設定器、
118…圧力バイアス、119、119’…圧力制御回
路、120…低圧蒸気加減弁開度制限器、121…高圧
蒸気加減弁実開度信号、122…低圧蒸気加減弁開度制
限信号、123、124…圧力検出器、127…低圧蒸
気加減弁流速演算器、128…流速信号、129…流速
規定値、130…比較器、131…低圧蒸気加減弁急閉
回路。
Claims (1)
- 【請求項1】 ガスタービン、排熱回収ボイラ、この排
熱回収ボイラの発生蒸気により駆動される蒸気タービン
を含み、前記ガスタービンおよび前記蒸気タービンを別
軸にしてそれぞれ別個の発電機を駆動するようにした複
合サイクル発電プラントにおいて、蒸気タービン回転数の信号と高圧ドラム圧力の信号とか
ら高圧蒸気加減弁を制御する高圧蒸気加減弁弁位置制御
ブロックと、蒸気タービン回転数の信号、低圧ドラム圧
力の信号および低圧蒸気加減弁の上流側、下流側のそれ
ぞれに設けた圧力検出器の信号から蒸気流速信号を算出
し前記低圧蒸気加減弁を急閉する低圧蒸気加減弁急閉回
路からの信号とから低圧蒸気加減弁を制御する低圧蒸気
加減弁弁位置制御ブロックとを、 高圧蒸気加減弁開度に
対応して低圧蒸気加減弁開度を制限する低圧蒸気加減弁
開度制限器で結び、これにより低圧蒸気加減弁の弁位置
制御ブロックには低圧蒸気加減弁開度を制限する低圧蒸
気加減弁開度制限信号が入力され、この信号により前記
高圧蒸気加減弁の急閉動作時に遅れなく前記低圧蒸気加
減弁の急閉動作が行える先行制御を行うことを特徴とす
る複合サイクル発電プラント用蒸気タービン制御装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4421192A JP3046442B2 (ja) | 1992-03-02 | 1992-03-02 | 複合サイクル発電プラント用蒸気タービン制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4421192A JP3046442B2 (ja) | 1992-03-02 | 1992-03-02 | 複合サイクル発電プラント用蒸気タービン制御装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05240005A JPH05240005A (ja) | 1993-09-17 |
JP3046442B2 true JP3046442B2 (ja) | 2000-05-29 |
Family
ID=12685223
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4421192A Expired - Lifetime JP3046442B2 (ja) | 1992-03-02 | 1992-03-02 | 複合サイクル発電プラント用蒸気タービン制御装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3046442B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8505299B2 (en) * | 2010-07-14 | 2013-08-13 | General Electric Company | Steam turbine flow adjustment system |
-
1992
- 1992-03-02 JP JP4421192A patent/JP3046442B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
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JPH05240005A (ja) | 1993-09-17 |
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