JP5079102B2 - 排熱回収システムの制御装置 - Google Patents
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Description
このようにして、パワータービンの制御バルブの開度がフィードバック制御により設定されていた。
しかしながら、船内負荷が急減した場合は、余剰電力が発生するため、直ちにパワータービン出力を小さくする必要がある。このとき、パワータービン出力制御の応答性によっては電力周波数の変動が大きくなる可能性がある。
同様に、蒸気タービンによる発電においても船内負荷が急減すると余剰電力が発生するため、直ちにバルブの流量制御を行い、蒸気タービン出力を小さくする必要がある。このときも同様に蒸気タービン出力制御の応答性によっては電力周波数の変動が大きくなる可能性がある。
よって、船内負荷が急減してもパワータービンの出力制御の応答性を向上させることができる。
前記流入制御弁の開度制御の場合には、パワータービンへの流入量を直接的に制御できるため、効率よくパワータービンの出力制御を行うことができるとともに、流入を完全に遮断することができるため、船内電力の激減時のパワータービンの発電出力低下を直ちに行うことができる。
また、バイパス制御弁の場合には、パワータービンへの流入量を、パワータービンをバイパスする量を制御することで間接的に制御できるため、パワータービンの出力を細やかに制御できる。
蒸気タービンの目標回転数と実回転数との回転数偏差を基に他のフィードバック制御手段の出力信号から前記第2制御弁機構の操作量を算出する開度換算器と、
前記エンジン負荷と該エンジン負荷から算出される蒸気タービン出力目標値と前記第2制御弁機構の操作量との関係が予め設定された蒸気タービン開度指令マップから、前記第2制御弁機構の操作量を抽出する蒸気タービンフィードフォワード制御手段とを備え、
前記蒸気タービンフィードフォワード制御手段からの操作量と、開度換算器からの操作量と、前記蒸気タービンフィードバック制御手段からの操作量とを加算して前記第2制御弁機構の操作量を設定することを特徴とする。
この流入制御弁の制御、バイパス制御弁の制御については、前記パワータービンの場合と同様に、流入制御弁の開度制御の場合には、蒸気タービンへの流入量を直接的に制御できるため、効率よく蒸気タービンの出力制御を行うことができるとともに、流入を完全に遮断することができるため、船内電力の激減時の蒸気タービンの発電出力低下を直ちに行うことができる。
また、バイパス制御弁の場合には、蒸気タービンへの流入量を、蒸気タービンをバイパスする量を制御することで間接的に制御できるため、蒸気タービンの出力を細やかに制御できる。
すなわち、蒸気系の応答は遅いため、蒸気タービンをマスタ(主)、パワータービンをスレーブ(副)として動作させて、操作量を設定する。
具体的には、蒸気タービン負荷を監視して、蒸気タービン負荷の変化に対応させてパワータービン出力目標値を補正するパワータービン出力目標値補正手段を有する。
船内電力需要が激減した場合には、蒸気タービンおよびパワータービンのそれぞれの出力(負荷)を低下させるが、蒸気系の応答は遅いため、パワータービンの出力低下に遅れて蒸気タービンの出力低下が生じる。このときに、船内電力は最低必要電力を確保する必要があるため、パワータービンの出力目標値を、蒸気タービンの出力(負荷)状態、つまり蒸気タービンの出力低下状態に応じて上昇させるようにする。
このように、蒸気タービンの負荷状態を監視しながらパワータービンの出力目標値を補正するので、急激な船内電力負荷の低下に対してパワータービンの出力制御の方に偏よらずにパワータービンおよび蒸気タービンを連携した制御とすることができる。
パワータービン23と、蒸気タービン26と、発電機28とは、大きさ及び歯数が異なる互いに噛合する歯車を備える減速機24、27によって接続される。また、パワータービン23、蒸気タービン26、発電機28間の回転軸がクラッチ25を介して接続され、回転動力が伝達されたり遮断されたりする。
蒸気タービン26の後段に設けられる復水器29で蒸気は水に戻され、この水を冷却器31の熱やエンジン22の壁を冷却する熱で温めた後、排ガスエコノマイザーへ供給して蒸発させ蒸気を生成する。
前記エンジン負荷と該エンジン負荷から算出される蒸気タービン出力目標値と前記第2制御弁機構の操作量との関係が予め設定された蒸気タービン開度指令マップ109から、第2制御弁機構の操作量を抽出する蒸気タービンフィードフォワード制御手段110とを備えている。
図2の制御ロジックでは、ステップS1で開始されると、ステップS2でエンジン負荷毎に所望のパワータービン出力が得られる制御弁Bの開度マップを数値計算若しくは実測して用意する。図4は制御弁Bの制御弁開度マップ(パワータービン開度指令マップ)105を示す。
ステップS3では、発電出力指令計算器2(図2参照)によりエンジン負荷からパワータービン出力目標値を算出する。ステップS4でパワータービン実出力値を計測し、ステップS5でパワータービン出力目標値とパワータービン実出力値との偏差が減算器3(図2参照)によって計算され、ステップS6では制御偏差を基にPID制御器4(図2参照)でPID制御演算を行い、操作量O1を導出する。
すなわち、図3のフローチャートを次のように読み替える、ステップS1で開始されると、ステップS2でエンジン負荷毎に所望の蒸気タービン出力が得られる制御弁Eの開度マップを数値計算若しくは実測して用意する。図4に示す制御弁Bの制御弁開度マップ105に相当する制御弁Eの制御弁開度マップ(蒸気タービン開度指令マップ)109を用意する。
Claims (8)
- エンジンの排ガスを用いて駆動するパワータービンと、エンジンの排ガスエコノマイザーで発生した蒸気を用いて駆動する蒸気タービンとを備えるとともに、
前記パワータービンと前記蒸気タービンとによって発電機を駆動し、前記該パワータービンの前段に配設され前記排ガスの流量を調整してパワータービンの出力を制御する1または複数の制御弁からなる第1制御弁機構と、
前記蒸気タービンの前段に配設され蒸気タービンの出力を制御する1または複数の制御弁からなる第2制御弁機構とを備え、
前記第1制御弁機構の操作量を制御するパワータービン制御手段と前記第2制御弁機構の操作量を制御する蒸気タービン制御手段とを有する排熱回収システムの制御装置において、
前記パワータービン制御手段は、エンジン負荷から算出されるパワータービン出力目標値と実際のパワータービン出力との偏差を基にPID制御器で前記第1制御弁機構の操作量を算出するパワータービンフィードバック制御手段と、
パワータービンの目標回転数と実回転数との回転数偏差を基に他のフィードバック制御手段の出力信号から前記第1制御弁機構の操作量を算出する開度換算器と、
前記エンジン負荷と該エンジン負荷から算出されるパワータービン出力目標値と前記第1制御弁機構の操作量との関係が予め設定されたパワータービン開度指令マップから、前記第1制御弁機構の操作量を抽出するパワータービンフィードフォワード制御手段とを備え、
前記パワータービンフィードフォワード制御手段からの操作量と、開度換算器からの操作量と、前記パワータービンフィードバック制御手段からの操作量とを加算して前記第1制御弁機構の操作量として設定することを特徴とする排熱回収システムの制御装置。 - 前記第1制御弁機構の操作量が、前記パワータービンへの流入量を制御する流入制御弁の開度であることを特徴とする請求項1記載の排熱回収システムの制御装置。
- 前記第1制御弁機構の操作量が、前記パワータービンのバイパス量を制御するバイパス制御弁の開度であることを特徴とする請求項1記載の排熱回収システムの制御装置。
- 前記蒸気タービン制御手段は、エンジン負荷から算出される蒸気タービン出力目標値と実際の蒸気タービン出力との偏差を基にPID制御器で前記第2制御弁機構の操作量を算出する蒸気タービンフィードバック制御手段と、
蒸気タービンの目標回転数と実回転数との回転数偏差を基に他のフィードバック制御手段の出力信号から前記第2制御弁機構の操作量を算出する開度換算器と、
前記エンジン負荷と該エンジン負荷から算出される蒸気タービン出力目標値と前記第2制御弁機構の操作量との関係が予め設定された蒸気タービン開度指令マップから、前記第2制御弁機構の操作量を抽出する蒸気タービンフィードフォワード制御手段とを備え、
前記蒸気タービンフィードフォワード制御手段からの操作量と、開度換算器からの操作量と、前記蒸気タービンフィードバック制御手段からの操作量とを加算して前記第2制御弁機構の操作量を設定することを特徴とする請求項1記載の排熱回収システムの制御装置。 - 前記第2制御弁機構の操作量が、前記蒸気タービンへの流入量を制御する流入制御弁の開度であることを特徴とする請求項4記載の排熱回収システムの制御装置。
- 前記第2制御弁機構の操作量が、前記蒸気タービンのバイパス量を制御するバイパス制御弁の開度であることを特徴とする請求項4記載の排熱回収システムの制御装置。
- 前記パワータービン出力目標値を、前記蒸気タービン負荷の変化に対応させて補正するパワータービン出力目標値補正手段を有し、該補正手段による補正後の補正パワータービン出力目標値に基づいて、前記パワータービンフィードバック制御手段および前記パワータービンフィードフォワード制御手段の制御がなされることを特徴とする請求項1または請求項4のいずれかに記載の排熱回収システムの制御装置。
- 前記パワータービン出力目標値補正手段は、蒸気タービン負荷とエンジン負荷と補正パワータービン出力目標値との関係があらかじめ設定された補正パワータービン開度指令マップを基に、エンジン負荷と蒸気タービン負荷から補正パワータービン出力目標値を算出することを特徴とする請求項7記載の排熱回収システムの制御装置。
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