JP3747253B2

JP3747253B2 - 火力発電プラントの保護方式

Info

Publication number: JP3747253B2
Application number: JP15281897A
Authority: JP
Inventors: 祐司大塚; 利一宇津野; 善克高倉; 聡堀田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-05-27
Filing date: 1997-05-27
Publication date: 2006-02-22
Anticipated expiration: 2017-05-27
Also published as: JPH10325307A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、火力発電設備の保護方式に係り、特に、系外に蒸気を送気する系統を有した火力発電プラントの保護方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の火力発電所は、その大部分が大容量再熱式プラントであり、電気の発生を主体としたプラント構成であり、系外への送気は殆どない。しかしながら、発電と共に多量の蒸気を系外に送るプラントもあり、小容量の自家用火力発電設備に実績を有している。
系外に多量の蒸気を送気する従来例として、低温再熱系統から工場へ蒸気を送気する系統を有する再熱式火力発電設備のプラント構成の一例を図６に示す。図６において、ボイラ１で発生した主蒸気２は、高圧タービン３に流入し、仕事をした後、低温再熱蒸気４としてボイラ再熱器５を通り、昇温され、高温再熱蒸気６として、中低圧タービン７に流入し、仕事をした後、復水器８へ導入され、発電機９より電気が発生する。このような蒸気流れの中、工場へ蒸気を送気する系統１０は、低温再熱系統４から取り出される。この工場送気系統１０には、低温再熱蒸気４を工場で使用する圧力と温度にするための減圧・減温システム及び流量計を備えている。
工場送気系統１０では、工場送気の圧力を検出器１１により検出し、所定の圧力になるように工場送気圧調整弁１２の開度を調整する圧力一定制御と、工場送気の温度を検出器１３により検出し、減温装置１８において所定の温度になるように給水１４を蒸気の中に噴霧し、温度を下げる減温制御を行っている。また、工場送気量を流量計１５により管理する。さらに、圧力、温度制御の異常によって工場送気圧力異常または温度異常に至った場合等には、圧力スイッチ１６、温度スイッチ１７により警報を発する措置が講じられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術における工場送気系統１０の制御機能は、工場へ蒸気を送気することを主体とした機能であり、例えば送気の蒸気圧力が下がれば、工場送気圧調整弁１２は所定の圧力にしようとして弁開度を増し、その結果、低温再熱系統４より過大な蒸気が工場送気系統１０に送気されることになる。
ところで、低温再熱系統４より工場送気系統１０に過大に蒸気が送気した場合、
１．蒸気タービンにとっては、高圧タービン３の出口圧力が低下するため、
１）高圧タービン最終段の段落差圧や段落負荷が大きくなり、強度上過負荷となる。
高圧タービン３と中低圧タービン７のスラストアンバランスが発生する。
この１）、２）項により、蒸気タービンに損傷が与えられることになる。
２．ボイラとっては、低温再熱系統４から過大な蒸気が送気されることにより、再熱器流入蒸気流量が減り、ボイラ再熱器５を通過する蒸気が減るため、ボイラ燃料の割に再熱器過少流量となり、ボイラ再熱器５を焼損することになる。
従来技術における工場送気系統１０には、このような過大に工場蒸気が送気した場合、発電設備の機器側に対する保護、制限等の機能がなく、蒸気タービン、ボイラ再熱器の損傷を免れなかった。
本発明の課題は、過大な蒸気が系外に送気されることによって惹起する蒸気タービン及びボイラ再熱器の損傷を防止するに好適な火力発電プラントの保護方式を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、系外の送気圧力一定制御手段に蒸気タービンの保護制御手段とボイラ再熱器の保護制御手段を付加し、系外送気運転中に過大送気により、高圧タービン出口圧力またはボイラ再熱器通過流量が許容値以下になった場合に、系外送気量を制限し、許容値以上になるように制御することによって、達成される。上記課題は、蒸気タービン負荷を基準とした高圧タービンの許容最低出口圧力及びボイラ負荷を基準としたボイラ再熱器の許容最低流量を設定し、系外送気運転中に送気過大によって高圧タービンの出口圧力が低下し、設定した許容値以下になったとき、または、ボイラ再熱器通過流量が減少し、設定した許容値以下になったとき、もしくは、これらの事象が同時に発生したときには、系外送気圧力一定制御から蒸気タービンの保護制御またはボイラ再熱器の保護制御に切替え、系外送気調整弁の開度を調節し、高圧タービンの出口圧力またはボイラ再熱器通過流量が設定した許容値以下とならないように制御することによって、達成される。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施形態を示す火力発電プラントの保護方式の構成図である。蒸気の流れ及び機器構成について、図６と同一である対象の説明を省略する。本実施形態と図６との基本的な相違点は、制御装置２０において、工場送気圧力を一定にする圧力一定制御手段２５と、送気過大による蒸気タービンの保護制御手段２６と、ボイラ再熱器２７の保護制御手段を追加した点にある。
図１において、圧力一定制御手段２５は、圧力設定器２５−１、比較器２５−２、コントローラ２５−３、弁開度の小さい値を選択する低位選択器２５−４からなる。
蒸気タービンの保護制御手段２６は、高圧タービン初段後圧力検出器２３の検出圧力Ｐ₁に基づいて高圧タービンの許容最低出口圧力Ｐ₂’を設定する関数発生器ＦＧ₁２６−１、高圧タービンの許容最低出口圧力Ｐ₂’と高圧タービン出口圧力検出器２４の検出圧力Ｐ₂を比較する比較器２６−２、圧力Ｐ₂’と圧力Ｐ₂の偏差に基づいて弁開度を出力する関数発生器ＦＧ₃２６−３からなる。ここで、高圧タービン初段後圧力Ｐ₁は、蒸気タービンの負荷に相当する。
ボイラ再熱器の保護制御手段２７は、主蒸気流量検出器２１の検出流量Ｆ₁に基づいてボイラ再熱器の許容最低流量Ｆ₂’設定する関数発生器ＦＧ₂２７−１、ボイラ再熱器の許容最低流量Ｆ₂’と再熱蒸気流量検出器２２の検出流量Ｆ₂を比較する比較器２７−２、流量Ｆ₂’と流量Ｆ₂の偏差から弁開度を出力する関数発生器ＦＧ₄２７−３、弁開度の小さい値を選択する低位選択器２７−４からなる。ここで、ボイラ主蒸気流量Ｆ₁は、ボイラの負荷に相当する。
また、制御装置２０は、温度一定制御手段として、温度設定器２８、比較器２９、コントローラ３０を有する。
【０００６】
図２及び図３に、それぞれ高圧タービンの許容最低出口圧力Ｐ₂’を設定する関数発生器ＦＧ₁２６−１、ボイラ再熱器の許容最低流量Ｆ₂’を設定する関数発生器ＦＧ₂２７−１の関数を示す。また、図４及び図５に、それぞれ弁開度を出力する関数発生器ＦＧ₃２６−３、関数発生器ＦＧ₄２７−３の関数を示す。
【０００７】
制御装置２０の動作を説明する。
低温再熱系統４の蒸気は、工場送気圧調整弁１２を介して工場送気系統１０に送気され、減温装置１８を経て工場に送られる。通常時においては、工場送気の圧力を検出器１１により検出し、この検出圧力と設定器２５−１の設定圧力の偏差を比較器２５−２からコントローラ２５−３に出力し、コントローラ２５−３により低位選択器２５−４を介して工場送気圧調整弁１２を開度調整し、工場送気の圧力が設定の圧力になるように制御する。一方、高圧タービン初段後圧力Ｐ₁を検出器２３により検出し、関数発生器ＦＧ₁２６−１に入力する。関数発生器ＦＧ₁２６−１は、図２に示すように、圧力Ｐ₁に基づく高圧タービンの許容最低出口圧力Ｐ₂’を設定する。また、高圧タービン出口圧力Ｐ₂を検出器２４により検出し、圧力Ｐ₂と圧力Ｐ₂’の偏差を比較器２６−２から関数発生器ＦＧ₃２６−３に入力する。関数発生器ＦＧ₃２６−３は、図４に示すように、圧力Ｐ₂と圧力Ｐ₂’の偏差に基づく弁開度を低位選択器２７−４に出力する。通常時においては、この弁開度は図４から明らかなように大きい。低位選択器２５−４において、この弁開度の大きさとコントローラ２５−３の出力値を比べて、小さいコントローラ２５−３の出力を選び、工場送気圧調整弁１２の開度を調整制御する。この結果、通常時には、制御装置２０は、圧力一定制御手段２５による工場への送気制御を行う。
【０００８】
ところで、工場送気に異常が発生し、即ち、過大な蒸気が低温再熱系統４より工場送気系統１０に送気し、高圧タービン出口圧力Ｐ₂が設定した許容最低出口圧力Ｐ₂’より低くなると、圧力Ｐ₂と圧力Ｐ₂’の偏差が大きくなり、関数発生器ＦＧ₃２６−３から出力される弁開度は図４から明らかなように小さくなり、低位選択器２７−４に出力する。このとき、低位選択器２５−４は、この弁開度の大きさとコントローラ２５−３の出力値を比べて、小さい関数発生器ＦＧ₃２６−３から出力される弁開度を選び、この結果、蒸気タービンの保護制御手段２６に切替え、工場送気圧調整弁１２の開度を絞り、工場への送気を抑制し、運転中の高圧タービン出口圧力Ｐ₂が設定した許容最低出口圧力Ｐ₂’以下とならないように制御する。これにより、過大な蒸気が系外に送気されることによって起る蒸気タービンの損傷を防止する。
【０００９】
また、ボイラ１の主蒸気流量Ｆ₁を検出器２１により検出し、関数発生器ＦＧ₂２７−１に入力する。関数発生器ＦＧ₂２７−１は、図３に示すように、流量Ｆ₁に基づくボイラ再熱器の許容最低流量Ｆ₂’を設定する。また、再熱蒸気流量Ｆ₂を検出器２２により検出し、流量Ｆ₂と流量Ｆ₂’の偏差を比較器２７−２から関数発生器ＦＧ₄２７−３に入力する。関数発生器ＦＧ₄２７−３は、図５に示すように、流量Ｆ₂と流量Ｆ₂’の偏差に基づく弁開度を低位選択器２７−４に出力する。通常時においては、この弁開度は図５から明らかなように大きい。低位選択器２５−４において、この弁開度の大きさとコントローラ２５−３の出力値を比べて、小さいコントローラ２５−３の出力を選び、工場送気圧調整弁１２の開度を調整制御する。この結果、通常時には、制御装置２０は、圧力一定制御手段２５による工場への送気制御を行う。
【００１０】
ところで、工場送気に異常が発生し、即ち、過大な蒸気が低温再熱系統４より工場送気系統１０に送気し、ボイラ再熱蒸気流量Ｆ₂がボイラ再熱器５の許容最低流量Ｆ₂’より低くなると、流量Ｆ₂と流量Ｆ₂’の偏差が大きくなり、関数発生器ＦＧ₄２７−３から出力される弁開度は、図５から明らかなように小さくなり、低位選択器２７−４に出力する。このとき、低位選択器２５−４は、この弁開度の大きさとコントローラ２５−３の出力値を比べて、小さい関数発生器ＦＧ₄２７−３から出力される弁開度を選び、この結果、ボイラ再熱器の保護制御手段２７に切替え、工場送気圧調整弁１２の開度を絞り、工場への送気を抑制し、運転中のボイラ再熱蒸気流量Ｆ₂が設定した許容最低流量Ｆ₂’以下とならないように制御する。これにより、過大な蒸気が系外に送気されることによって起るボイラ再熱器の焼損を防止する。
【００１１】
次に、過大な工場送気によって異常が発生し、高圧タービン出口圧力Ｐ₂とボイラ再熱蒸気流量Ｆ₂がそれぞれ設定した許容最低出口圧力Ｐ₂’と許容最低流量Ｆ₂’より同時に低くなると、圧力Ｐ₂と圧力Ｐ₂’の偏差及び流量Ｆ₂と流量Ｆ₂’の偏差の大きさに応じて、それぞれ弁開度を低位選択器２７−４に出力する。低位選択器２７−４は、この両者の弁開度の大きさを比べ、小さい方の弁開度を選び、低位選択器２５−４に出力する。この結果、工場送気圧調整弁１２の開度は、損傷を起しやすい事象を優先して絞ることになる。これにより、蒸気タービンまたはボイラ再熱器の損傷を一層確実に防止する。
【００１２】
ここで、高圧タービン出口圧力Ｐ₂、ボイラ再熱蒸気流量Ｆ₂がそれぞれ設定した許容最低出口圧力Ｐ₂’、許容最低流量Ｆ₂’より高くなれば、それぞれの保護手段２６、２７から圧力一定制御手段２５に切替えられ、工場送気は圧力一定制御となる。
【００１３】
温度一定制御手段は、工場送気の温度を検出器１３により検出し、この検出温度と設定器２８の設定温度の偏差を比較器２９からコントローラ３０に出力し、コントローラ３０により減温装置１８に供給する給水量１４を調整し、工場送気の温度が設定の温度になるように減温制御する。
【００１４】
本実施形態によれば、低温再熱系統から工場送気量が過大となり、高圧タービンの出口圧力が低下して保護が必要な時には、送気量を減らし、再熱蒸気流量を増やし、高圧タービン出口圧力を高くすることにより、蒸気タービンの損傷を防止することができ、また、ボイラ再熱器の通過流量が減少して保護が必要な時には、送気量を減らし、ボイラ再熱器通過量を増やし、ボイラ再熱器の焼損を防止ことができる。
【００１５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、系外送気運転中に過大な蒸気を送気したことにより、高圧タービン出口圧力の低下、または、ボイラ再熱器の通過流量の減少が発生して、蒸気タービン及びボイラ再熱器の保護が必要なときには、系外送気量を制限するので、蒸気タービン及びボイラ再熱器の損傷を防止することができる。
また、高圧タービン出口圧力の低下とボイラ再熱器の通過流量の減少が同時に発生したときには、損傷を起す可能性の大きい事象を優先して系外送気量を抑制するので、蒸気タービン及びボイラ再熱器の損傷を一層確実に防止することができる。
この結果、本発明によれば、発電設備の運転性、信頼性を著しく向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す火力発電プラントの保護方式の構成図
【図２】高圧タービンの許容最低出口圧力を設定する関数
【図３】ボイラ再熱器の許容最低流量を設定する関数
【図４】弁開度を出力する関数
【図５】弁開度を出力する関数
【図６】従来の系外送気系統を備えたプラント構成図
【符号の説明】
１０工場送気系統１１工場送気圧力検出器
１２工場送気圧調整弁１３工場送気温度検出器
１４給水１５工場送気流量計
１６工場送気圧力スイッチ１７工場送気温度スイッチ
１８減温装置２０制御装置
２１主蒸気流量検出器２２再熱蒸気流量検出器
２３高圧タービン初段後圧力検出器
２４高圧タービン出口圧力検出器
２５工場送気圧力一定制御手段２５−２比較器
２５−３コントローラ２５−４低位選択器
２６蒸気タービン保護制御手段
２６−１高圧タービン出口許容最低圧力関数発生器
２６−２比較器２６−３弁開度関数発生器
２７ボイラ再熱器保護制御手段
２７−１ボイラ再熱器許容最低流量関数発生器
２７−２比較器２７−３弁開度関数発生器
２７−４低位選択器

Claims

ボイラ、蒸気タービン、発電機からなる再熱式火力発電設備と、該設備の低温再熱系統から系外へ蒸気を送気する系外送気系統と、該系外送気系統の送気圧力及び温度を一定制御する手段を有する制御装置を具備する火力発電プラントであって、前記系外送気系統の送気圧力一定制御手段に蒸気タービンの保護制御手段とボイラ再熱器の保護制御手段を付加し、前記系外送気系統からの送気過大による異常時に系外送気量を制限することを特徴とする火力発電プラントの保護方式。
ボイラ、蒸気タービン、発電機からなる再熱式火力発電設備と、該設備の低温再熱系統から系外へ蒸気を送気する系外送気系統と、該系外送気系統に設けた系外送気調整弁と、前記系外送気系統の送気圧力及び温度を一定制御する手段を有する制御装置を具備する火力発電プラントであって、通常時には、前記系外送気系統の送気圧力一定制御手段によって前記系外送気調整弁を制御し、送気過大による異常時には、蒸気タービンの保護制御手段またはボイラ再熱器の保護制御手段によって前記系外送気調整弁を絞ることを特徴とする火力発電プラントの保護方式。
請求項１または請求項２において、蒸気タービンの保護制御手段は、蒸気タービン負荷を基準とした蒸気タービン出口圧力の許容最低圧力を設定する手段と、前記蒸気タービン出口圧力が前記許容最低圧力となった場合には、これらの圧力差に基づく系外送気調整弁の弁開度を出力する手段を有することを特徴とする火力発電プラントの保護方式。
請求項１、請求項２または請求項３において、系外の送気圧力一定制御手段の系外送気調整弁の弁開度出力と蒸気タービンの保護制御手段の系外送気調整弁の弁開度出力を比べ、低い弁開度出力を選択する手段を有することを特徴とする火力発電プラントの保護方式。
請求項１または請求項２において、ボイラ再熱器の保護制御手段は、ボイラ負荷を基準としたボイラ再熱器への低温再熱蒸気の許容最低流量を設定する手段と、ボイラ再熱蒸気流量が前記許容最低流量となった場合には、これらの流量に基づく系外送気調整弁の弁開度を出力する手段を有することを特徴とする火力発電プラントの保護方式。
請求項１、請求項２または請求項５において、系外の送気圧力一定制御手段の系外送気調整弁の弁開度出力とボイラ再熱器の保護制御手段の系外送気調整弁の弁開度出力を比べ、低い系外送気調整弁の弁開度出力を選択する手段を有することを特徴とする火力発電プラントの保護方式。
請求項１、請求項２、請求項３または請求項５において、蒸気タービンの保護制御手段の系外送気調整弁の弁開度出力とボイラ再熱器の保護制御手段の系外送気系統の弁開度出力を比べ、低い弁開度出力を選択する手段を有することを特徴とする火力発電プラントの保護方式。