JP6004484B2 - 蒸気タービン発電プラント - Google Patents
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Description
1.蒸気タービン発電プラント
図1は本発明の第1の実施の形態に係る蒸気タービン発電プラントの概略構成図である。
蒸気タービン起動制御装置21は、計測値データ17を基にして、熱源媒体量調整装置15に対する熱源媒体調整指令値18、及び主蒸気加減弁16に対する主蒸気加減指令値19をそれぞれ出力する。この蒸気タービン起動制御装置21は、予測値計算装置22、第1目標操作量計算装置23、現在値計算装置24、第2目標操作量計算装置25、及び指令出力装置26,27の各要素を含んでいる。各要素について次に順次説明していく。
予測値計算装置22は、入力した計測値データ17を基にして、現在時刻から未来に亘る一定期間の熱影響量を予測計算する。熱影響量とは、蒸気タービン発電プラントの起動運転時に蒸気タービン3のタービンロータにかかる熱応力や、タービンロータ及びこれを収容するケーシングの軸方向の熱伸び差等を含め、起動時の蒸気温度や蒸気圧力等の急激な上昇により変化する蒸気タービン3の状態量をいう。本願明細書において、単に「熱影響量」といった場合には熱応力及び熱伸び差を意味する。また、単に「熱応力」といった場合には蒸気タービン3のタービンロータに係る熱応力をいい、単に「熱伸び差」といった場合にはタービンロータ及びこれを収容する蒸気タービン3のケーシングの軸方向の熱伸び差をいう。予測値計算装置22の詳細については図2及び図3を用いて後述する。
第1目標操作量計算装置23は、予測値計算装置22で計算した予測値を基にして、蒸気タービン発電プラントの起動過程における熱影響量が予め設定した制限値を超えないように熱媒体量調整装置15及び主蒸気加減弁16に対する第1目標操作量を計算する。ここで計算される第1目標操作量は、熱影響量の予測値に基づく熱媒体量調整装置15及び主蒸気加減弁16の操作量であり、より具体的には熱媒体量調整装置15及び主蒸気加減弁16の操作量の変化率を指令する指令値である。第1目標操作量計算装置23の詳細については図3を用いて後述する。
現在値計算装置24は、入力した計測値データ17を基にして、現在時刻の熱影響量の推定値を計算する。現在値計算装置24の詳細については図4及び図5を用いて後述する。
第2目標操作量計算装置25は、蒸気タービン発電プラントの起動過程において現在値計算装置24で計算した現在値が予め設定した制限値を超えないように熱媒体量調整装置15及び主蒸気加減弁16に対する第2目標操作量を計算する。ここで計算される第2目標操作量は、熱影響量の現在値に基づく熱媒体量調整装置15及び主蒸気加減弁16の操作量であり、より具体的にはそれら操作量の変化率を指令する指令値である。第2目標操作量計算装置25の詳細については図5を用いて後述する。
指令出力装置は、第1目標操作量を優先して選択する一方で第1目標操作量が計算されない場合に第2目標操作量を選択して熱源媒体量調整装置15及び主蒸気加減弁16に出力する。すなわち、例えば第1及び第2目標操作量が双方とも計算済みでともに入力されていれば二者択一で第1目標操作量を選択し、これを最終的な目標操作量として決定する。熱源媒体量調整装置15に対する目標操作量を選択し指令値を計算、出力するのが指令出力装置26であり、指令出力装置26が目標操作量を積分計算して得た指令値が前述した熱源媒体調整指令値18である。同様に、主蒸気加減弁16に対する目標操作量を選択し指令値を計算、出力するのが指令出力装置27であり、指令出力装置27が目標操作量を積分計算して得た指令値が前述した主蒸気加減指令値19である。その結果、熱源媒体量調整装置15及び主蒸気加減弁16では、それぞれ熱源媒体調整指令値18及び主蒸気加減指令値19に応じて例えばPID制御によって操作量(この例では弁開度)が調整される。
図2は予測値計算装置22の詳細を表すブロック図である。
タービン入口蒸気条件予測計算装置31では、流量計11で計測された熱源媒体5の供給流量を基にして、まず熱源装置1から蒸気発生設備2を経て蒸気タービン3に至る熱と物質の伝播過程が計算される。そして、この計算結果を基にして蒸気タービン3の入口蒸気の条件、具体的には流量、圧力、及び温度が予測計算される。
第1段蒸気条件予測計算装置32では、タービン入口蒸気条件予測計算装置31の計算結果を基にして、蒸気タービン3の第1段落部における圧力降下を考慮して、蒸気タービン3の第1段落部の蒸気(第1段蒸気)の条件、具体的には流量、圧力、温度、及び熱伝達率が予測計算される。
第1段ロータ半径方向温度分布予測計算装置33では、第1段蒸気条件予測計算装置32の計算結果を基にして、第1段蒸気からタービンロータへの伝熱計算によりタービンロータの半径方向の温度分布が予測計算される。
熱応力予測計算装置34では、第1段ロータ半径方向温度分布予測計算装置33の計算結果を基にして、タービンロータの線膨張率、ヤング率、ポアソン比等を用いた材料力学計算によってタービンロータの熱応力が予測計算される。さらに、計測値データ17を用いて熱応力の計算値が補正される。
段落部蒸気条件予測計算装置35では、タービン入口蒸気条件予測計算装置31の計算結果を基にして、蒸気タービン各段落部での圧力降下を考慮して蒸気タービン3の各段落部の蒸気条件、具体的には流量、圧力、温度、及び熱伝達率が予測計算される。
ロータ軸方向温度分布予測計算装置36では、段落部蒸気条件予測計算装置35の計算結果を基にして、各段落部蒸気からタービンロータへの伝熱計算によりタービンロータの軸方向の温度分布が予測計算される。
ケーシング蒸気条件予測計算装置37では、タービン入口蒸気条件予測計算装置31の計算結果を基にして、タービンケーシングにおける圧力降下を考慮してケーシング蒸気の条件、具体的には流量、圧力、温度、及び熱伝達率が予測計算される。
ケーシング軸方向温度分布予測計算装置38では、ケーシング蒸気条件予測計算装置37の計算結果を基にして、ケーシング蒸気からケーシングへの伝熱計算によりケーシングの軸方向の温度分布が予測計算される。
熱伸び差予測計算装置39では、ロータ軸方向温度分布予測計算装置36とケーシング軸方向温度分布予測計算装置38の計算結果を基にして、タービンロータとケーシングの線膨張率を用いた材料力学計算によってタービンロータとケーシングの熱伸び量が計算される。そして、両者の差をとることによって熱伸び差が予測計算される。さらに、計測値データ17を用いて熱伸び差の予測値が補正される。
図3は第1目標操作量の計算手順の説明図である。
図4は現在値計算装置24の詳細を表すブロック図である。
第1段ロータ半径方向温度分布計算装置40では、温度計20で計測された蒸気タービン3の第1段メタル温度を基にして、タービンロータへの伝熱計算により現在時刻のタービンロータの半径方向の温度分布が計算される。
熱応力計算装置41では、第1段ロータ半径方向温度分布計算装置40の計算結果を基にして、タービンロータの線膨張率、ヤング率、ポアソン比等を用いた材料力学計算によって現在時刻のタービンロータの熱応力が計算される。
熱伸び差選択装置42では、熱伸び差計14で計測されたタービンロータとケーシングの熱伸び差を計測データ17から選択し出力する。
図5は第2目標操作量の計算手順の説明図である。同図中の時刻t0,t1,t2は図3に対応している。
図6は目標操作量(変化率)と指令値(出力値)の関係を表した図である。同図では熱源媒体量調整装置15についての第1及び第2目標操作量(1,2段目)と熱源媒体調整指令値18(3段目)との関係の一例を示しているが、主蒸気加減弁16についての第1及び第2目標操作量と主蒸気加減指令値19との関係も概ね同じであるため説明を省略する。
前述した通り、熱影響量の予測値を基に熱源媒体量調整装置15及び主蒸気加減弁16に対する第1目標操作量を計算するのに並行し、熱影響量の現在値(計算値)を基に第2目標操作量を計算する。通常は第1目標操作量に基づく熱媒体操作指令値18及び主蒸気加減指令値19が熱源媒体量調整装置15及び主蒸気加減弁16に出力される。その一方で、一部の計測器の不調や計算遅延等によって熱影響量の予測値が得られない場合、バックアップとして第2目標操作量に基づく熱媒体操作指令値18及び主蒸気加減指令値19が熱源媒体量調整装置15及び主蒸気加減弁16に出力される。これによって熱影響量の適正な予測値が得られない場合でも熱応力や熱伸び差が制限値を超過することを抑制し、蒸気タービン発電プラントを安全に起動することができる。
図7は本発明の第2の実施の形態に係る蒸気タービン発電プラントの概略構成図である。第1の実施の形態と同様の部分については同図において既出図面と同符号を付して説明を省略する。
前述した各実施の形態ではコンバインドサイクル発電プラントに発明を適用した場合を例に挙げて説明したが、汽力発電プラント、太陽熱発電プラントに代表される蒸気タービンを包含する発電プラントの全てに本発明は適用可能である。プラントの起動手順は同様である。
2 蒸気発生装置
3 蒸気タービン
4 発電機
5 熱源媒体
6 低温流体
7 高温流体
8 蒸気
11 流量計(計測器)
12 圧力計(計測器)
13 温度計(計測器)
14 熱伸び差計(計測器)
15 熱源媒体量調整装置(調整装置)
16 主蒸気加減弁(調整装置)
20 温度計(計測器)
22 予測値計算装置
23 第1目標操作量計算装置
24 現在値計算装置
25 第2目標操作量計算装置
26,27 指令出力装置
125 第2目標操作量計算装置
Claims (6)
- 熱源媒体で低温流体を加熱して高温流体を生成する熱源装置と、
前記熱源装置で生成した高温流体により蒸気を発生させる蒸気発生装置と、
前記蒸気発生装置で発生した蒸気で駆動する蒸気タービンと、
前記蒸気タービンの回転動力を電力に変換する発電機と、
プラント負荷を調整する調整装置と、
プラント状態量を計測する計測器と、
前記計測器の計測値を基に現在時刻から未来に亘る一定期間の前記蒸気タービンの熱影響量の予測値を計算する予測値計算装置と、
前記予測値を基にして前記調整装置の第1目標操作量を計算する第1目標操作量計算装置と、
前記計測器の計測値を基に前記蒸気タービンの熱影響量の現在値を計算する現在値計算装置と、
前記現在値を基にして前記調整装置の第2目標操作量を計算する第2目標操作量計算装置と、
前記第1目標操作量を優先して選択する一方で前記第1目標操作量が計算されない場合に第2目標操作量を選択し、選択した目標操作量に応じて前記調整装置に指令値を出力する指令出力装置と
を備えたことを特徴とする蒸気タービン発電プラント。 - 前記第1及び第2目標操作量が変化率であり、前記調整装置に対する指令値が前記選択した目標操作量を積分した値であることを特徴とする請求項1の蒸気タービン起動制御装置。
- 前記第2目標操作量計算装置が、前記計測器から計測値が入力されない場合に前記第2目標操作量の値を保持することを特徴とする請求項1の蒸気タービン起動制御装置。
- 前記熱源装置への熱源媒体の供給量を調整する熱源媒体量調整装置、及び前記蒸気タービンへの蒸気供給量を調整する主蒸気加減弁を前記調整装置として有し、
前記熱源媒体の供給量を計測する流量計、前記蒸気タービンのメタル温度を計測する温度計、及び前記蒸気タービンの熱伸び差を計測する伸び差計を前記計測器として有する
ことを特徴とする請求項1−3のいずれかの蒸気タービン発電プラント。 - 熱源媒体で低温流体を加熱して高温流体を生成する熱源装置と、
前記熱源装置で生成した高温流体により蒸気を発生させる蒸気発生装置と、
前記蒸気発生装置で発生した蒸気で駆動する蒸気タービンと、
前記蒸気タービンの回転動力を電力に変換する発電機と、
プラント負荷を調整する調整装置と、
プラント状態量を計測する計測器とを備えた蒸気タービン発電プラントの起動方法において、
前記計測器の計測値を基に現在時刻から未来に亘る一定期間の前記蒸気タービンの熱影響量の予測値を計算し、
前記計測器の計測値を基に前記蒸気タービンの熱影響量の現在値を計算し、
前記予測値を基にした前記調整装置の第1目標操作量、及び前記現在値を基にした前記調整装置の第2目標操作量を並行して計算し、
前記第1目標操作量を優先して選択する一方で前記第1目標操作量が計算されない場合に第2目標操作量を選択し、選択した目標操作量に応じて前記調整装置に指令値を出力する
ことを特徴とする蒸気タービン発電プラントの起動方法。 - 前記計測器から計測値が入力されない場合に前記第2目標操作量の値を保持することを特徴とする請求項5の蒸気タービン起動制御装置の起動方法。
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