JPH0270906A - 抽気タービンの制御方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は抽気タービンの制御方法および装置に係り、特
に、発電および蒸気の供給を行うコージェネレーション
プラント用抽気タービンの抽気運転に柔軟性を持たせる
とともに、タービンの保護に配慮した抽気タービンの制
御方法および装置に関する。

〔従来の技術〕

発電を行うとともに抽気された蒸気がプロセス系に供給
される従来の産業用抽気タービンにおいて、通常のター
ビンの運転モード（ガバナーモード）から抽気運転モー
ドへの移行は、タービンの負荷を上昇させていき、ター
ビンの抽気ステージ圧力とプロセス系で要求される蒸気
圧力との偏差が所定の範囲に収ってから行われる。この
種のタービンの制御方法については、「火力発？ｌｂ　
　（１９６９，８月）清水王宮、岸上孝らにょる″二段
抽気復水タービン電子油圧式ガバナ″および「火力発電
Ｊ　　（１９７０，７月）河竹好−１有江亮介にょる″
電子油圧式ガバナの産業用タービンへの応用″と題する
文献において論じられている。

第４図により、本発明が適用されるコージェネレーショ
ンプラントの概要を説明する。本プラントは、ガスター
ビン１及び、ガスタービン１によって駆動される発電機
２がそれぞれ３台、ガスタービン１の排ガス熱を利用し
た蒸気発生器３が３台と、高圧タービン４および低圧タ
ービン５からなる抽気タービン２３及び該抽気タービン
２３により駆動される蒸気タービン発電機７がそれぞれ
１台からなっている。前記抽気タービン２３の主目的は
、一定圧力の蒸気を抽気ライン８を通して図示されない
他のプロセスへ供給すること（抽気タービンの抽気加減
弁２５は、抽気ライン８の圧力を一定に制御する）と、
蒸気タービン発電機７を駆動して発電することにある。

抽気タービン２３に供給される主蒸気量は、主蒸気管１
１に設けられた主蒸気止め弁２６、抽気タービン入口の
主蒸気加減弁２７によって制御される。蒸気発生器３は
、高圧蒸気を発生する高圧蒸気発生器９と中圧蒸気を発
生する中圧蒸気発生器１ｏを備えている。高圧蒸気発生
器９の高圧蒸気管は、抽気タービン２３の主蒸気ライン
１１に接続されており、中圧蒸気発生器１０の中圧蒸気
管は、ガスタービンの混焼ライン１２に接続されている
。本プラントには、前述のように、蒸気発生器３と同様
の設備が他に２台設置されており、それぞれの高圧蒸気
管１３．１４が抽気タービン２３の主蒸気ライン１１に
接続されている。又、中圧蒸気管１５゜１６についても
同様に混焼ライン１２に接続されている。抽気バイパス
ライン６は、抽気ライン８と主蒸気止め弁２６の上流側
の主蒸気管１１とを、圧力調整弁１５を介して連通して
おり、抽気タービン２３が停止している際、このライン
を通して蒸気がプロセスへ供給され、抽気ライン８の蒸
気圧力は、圧力調整弁１５によって一定に保たれている
。主蒸気バイパスライン１６は、主蒸気管１１と復水器
とを主蒸気バイパス弁２４を介して連通しており、抽気
タービン２３がトリップの際、主蒸気は、このラインを
経て復水器へバイパスされ、主蒸気バイパス弁２４によ
って制御されている。中圧蒸気発生器から混焼ライン１
２へ供給される蒸気は、ガスタービン１への噴射蒸気と
して（ＮＯｘ対策のため）流量調整弁１７を通して。

ガスタービン１の混焼器１８へ供給される。前述のよう
に、ガスタービン１は、蒸気発生器３と同様に他に２台
設置されており、混焼ライン１２から各流量調整弁１９
．２０を経て各ガスタービンの混焼器２１，２２へ供給
されている。

つぎに、第２図と第４図を用いて一般的な抽気タービン
の制御アルゴリズムについて述べる。第２図は、抽気タ
ービンのガバナ制御装置の制御ブロック図である。

抽気タービンの負荷あるいは、主蒸気圧力が変化しても
抽気圧力は一定に保つ様に制御されねばならず、かつ、
逆に抽気圧力が変化しても抽気タービンの負荷あるいは
、主蒸気圧力は一定に保つ様に制御されねばならない。

このためには、主蒸気加減弁２７と抽気加減弁２５が同
時に制御される必要がある。具体的には、主蒸気加減弁
２７が開かれて負荷が上昇した場合、抽気部分のタービ
ンのステージ圧力は上昇する。このため抽気加減弁２５
が開かれて低圧タービン５側に蒸気が多く流れ、抽気部
分のステージ圧力が一定に保たれる、といった制御が必
要となる。実際に、負荷の変動に対し、どのくらい抽気
加減弁２５が開かれるかは１個々のタービンによって異
なり、これらの特性はタービンのスリーアーム特性と呼
ばれている。

このスリーアーム特性は、第２図のゲインＫｌ　３６゜
Ｋ２３７．に３３８及び上下限リミッタ−４１によって
規定されている。速度偏差信号ΔＳ３５は、一般的なタ
ービンの制御アルゴリズムの場合と同様に、ガバナ位置
信号（ＧＯＶ信号）３１．ロードリミッタ位置信号（Ｌ
ＬＭ信号）３２．主蒸気圧力偏差信号（ＭＳＰ偏差信号
）３３が低値選択器（ＬＶＧ）３４に入力され、該ＬＶ
Ｇ３４から出力された信号である。このΔＳ３５に前記
スリーアーム特性による抽気圧力偏差信号（プロセスで
要求される蒸気圧力と抽気圧力の差）八Ｐ４０の補正が
行われて主蒸気加減弁開度指令３９となっている。

一方、ΔＰ４０に前記スリーアーム特性によるΔＳ３５
の補正が行われてスリーアームによる抽気加減弁開度信
号４６となる。このスリーアームによる抽気加減弁開度
信号４６と、アナログメモリＡＭ４５から出力される抽
気加減弁強制開閉信号４７とが、高値選択器ＨＶＧ４２
で比較され、大きい方が、抽気加減弁開度指令４３とし
て出力される。制御装置の外部に設置された抽気加減弁
強制開閉用ＰＢ４４は、制御装置内に設けられたアナロ
グメモリＡＭ４５を増減させるものであり、タービンの
起動の際、抽気加減弁２５を強制的に全開位置にすると
ともに、抽気運転に移行させる場合に、徐々に抽気加減
弁２５を閉じて抽気部分のステージ圧力を上昇させる役
割をももつ６以上が一般的な抽気タービンの制御アルゴ
リズムである。次に本発明で解決すべき問題について説
明する。抽気を行わない通常運転状態では、抽気加減弁
２５は全開されており、抽気加減弁強制開閉信号４７は
、全開を指示する値であって、ＨＶＧ　４２は、この抽
気加減弁強制開閉信号４７を、抽気加減弁開度指令４３
として出力している。抽気加減弁２５が全開されている
通常のタービンの運転から抽気運転に移行するためには
、抽気加減弁強制開閉信号４７が抽気加減弁強制開閉用
ＰＢ４４によって徐々に減少させられ、抽気加減弁開度
指令４３が減少する。これによって抽気加減弁２５が徐
々に閉じ、抽気部分のステージ圧力が上昇する。抽気加
減弁強制開閉信号４７が減少していくと、あるポイント
で高値選択器４２は、スリーアームによる抽気加減弁開
度信号４６を選択する。

このためいくら抽気加減弁強制開閉信号４７を減少させ
ても、抽気加減弁２５は、それ以上閉じなくなり、抽気
部分のステージ圧力は、上昇しなくなる。抽気運転に移
行するためには、この時点で抽気部分のステージ圧力と
蒸気を使用するプロセスで要求される蒸気圧力との偏差
が所定の範囲に収っている必要がある。しかし、低負荷
の領域では、抽気タービンに供給される主蒸気の量が少
く、抽気加減弁２５の開度を限界まで下げて抽気ステー
ジの蒸気圧力を上昇させても、この偏差が所定の範囲に
入っていないために抽気運転に移行できないという問題
がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、低負荷領域で、タービンの抽気ステー
ジ圧力とプロセス系で要求される蒸気圧力との偏差が所
定の範囲に収まる様な構造の抽気タービンの場合には１
問題ない。しかし、抽気も行い、出きるだけ多くの発電
もするべく設計されたコージェネレーションプラント用
の復水式の抽気タービンにおいては、高負荷（定格の９
０％以上）領域にならないと、タービンの抽気ステージ
圧力が十分上昇しないため、プロセス系で要求される圧
力との偏差が、所定の範囲に収まらない。

このため高負荷を取るまで抽気運転に移行できないとい
った問題があった。

本発明の課題は、発電とともに抽気した蒸気を他のプロ
セスに供給する抽気タービンの任意の負荷帯において、
抽気タービンの抽気ステージ圧力と他のプロセスで要求
される蒸気圧力との偏差を所定の範囲内に収め、抽気運
転に移行できる様にするにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の課題は、蒸気によって駆動されて発電するととも
に抽気された該蒸気を他のプロセスに供給する抽気ター
ビンの制御方法において、該抽気タービンの任意の負荷
帯で抽気加減弁を任意の開度に制限して、抽気ステージ
の蒸気圧力と前記プロセスで要求される圧力の偏差を、
予め定められた範囲内とする手順を備えている抽気ター
ビンの制御方法によって達成される。

また、抽気加減弁の開度の下限値が、抽気圧力とプロセ
スで要求される圧力との偏差に基づいて設定される抽気
タービンの制御方法において、該偏差に負のバイアスを
加え、抽気加減弁の開度の下限値を低下させる手順を備
えている抽気タービンの制御方法によっても達成される
。

さらに、上記の課題は、蒸気によって駆動されて発電す
るとともに抽気された該蒸気を他のプロセスに供給する
抽気タービンの制御装置に、該抽気タービンの任意の負
荷帯で抽気加減弁を任意の開度に制限して、抽気ステー
ジの蒸気圧力と前記プロセスで要求される圧力の偏差を
、予め定められた範囲内とする手段を備えた抽気タービ
ンの制御装置によっても達成される。

抽気タービンの任意の負荷帯で抽気加減弁を任意の開度
に制限して、抽気ステージの蒸気圧力と前記プロセスで
要求される圧力の偏差を、予め定められた範囲内とする
手段が、抽気圧力とプロセスで要求される圧力の偏差で
ある抽気圧力偏差信号に対するバイアス信号を生成する
バイアス発生手段と、該バイアス信号と前記抽気圧力偏
差信号とを加算する加算器とを備えている請求項３に記
載の抽気タービンの制御装置としてもよい。

バイアス発生手段は、０％信号発生器と、主蒸気加減弁
開度に基づいてバイアス信号を生成するバイアス関数発
生器と、前記０％信号発生器の出力側と前記バイアス関
数発生器の出力側とに１次側を接続され２次側出力を前
記０％信号発生器の出力と前記バイアス関数発生器の出
力のいづれかに切り換える切換えスイッチとを含んでい
るものとしても、バイアス設定用入力手段に接続された
、出力手段をそなえた記憶手段としてもよい。

バイアス関数発生器は、主蒸気加減弁開度のかｂりに抽
気ステージ圧力に基づいてバイアス信号を生成するもの
であってもよい。

〔作用〕

抽気しないで運転されている抽気タービンの任意の負荷
帯で、抽気加減弁の開度が任意の開度に制限されると、
抽気ステージの蒸気圧力は、抽気加減弁の開度に従って
変化する。抽気加減弁の開度が絞られるにつれて、抽気
ステージの圧力は上昇してプロセスで要求される蒸気圧
力に接近する。

抽気加減弁の開度の下限値が、抽気圧力とプロセスで要
求される圧力の偏差に基いて設定されるときは、この偏
差に負のバイアスが加えられると、見かけ上、前記偏差
が大きくなり、抽気加減弁開度の下限値が低下する。抽
気加減弁の開度下限値が低下すると、抽気加減弁をさら
に絞りこむことができ、これに伴って抽気ステージの蒸
気圧力を上昇させることができて、抽気圧力とプロセス
で要求される圧力の偏差を抽気タービンの任意の負荷で
所定の値に収めることが可能となる。

バイアス発生手段でバイアスが生成され、生成されたバ
イアスが、加算器で抽気圧力偏差信号に加算されると、
抽気圧力偏差信号は、見かけ上。

抽気圧力とプロセスで要求される圧力の偏差を実際より
大きく伝達し、これに伴って抽気加減弁開度信号も低下
し、小さい開度を指示する。抽気加減弁開度信号が低下
すると、高値選択器が出力する抽気加減弁開度指令は、
抽気加減弁開度信号よりも大きい範囲内で、該高値選択
器に入力される抽気加減弁強制開閉信号の値となり、抽
気加減弁の開度下限値は、生成されるバイアス値に従っ
て低下する。抽気加減弁の開度下限値が低下すると、抽
気タービンへ供給される主蒸気量がすくない場合でも抽
気加減弁開度を、抽気ステージ圧力が充分上昇するまで
大きく絞りこむことができ、抽気ステージ圧力とプロセ
スで要求される圧力の偏差を小さくできる。

プロセスで要求される圧力と抽気ステージ圧力との偏差
を所定の範囲に°収めるために維持すべき抽気加減弁の
開度は、前述のように抽気タービンに供給される主蒸気
流量すなわち主蒸気加減弁開度に影響される。バイアス
発生手段に主蒸気加減弁開度が入力され、バイアスがこ
の主蒸気加減弁開度に基いて生成されると、そのときの
主蒸気流量に見合った抽気加減弁開度下限値が得られる
。

上述の主蒸気加減弁開度のかわりに直接、抽気ステージ
圧力に基いてバイアス量を定めても抽気加減弁開度下限
値は低下させられる。

また、バイアス量を直接手動操作により、抽気タービン
の負荷状態に応じて設定してもよい。

〔実施例〕

第１図は、本発明による制御を行う制御系統ブロック図
の１例であり、第２図の制御系統に自動バイアス回５８
５０が付加されたものであって、その他の部分は、第２
図と同じである。自動バイアス回路５０は、主蒸気加減
弁開度に基いてバイアス量を出力するバイアス関数発生
器４９と、０％信号発生器５２と、バイアス関数発生器
４９と０％信号発生器５２のうちいずれかを、加減算器
５３に接続する切換スイッチ５１とを備えている。

この自動バイアス回路５０は、抽気運転に移行の際に、
スリーアーム回路の加減算器５３に負のバイアスを加え
、スリーアームによる抽気加減弁開度信号４６を減少さ
せる。加えるべきバイアス量は、抽気タービン２３の負
荷帯（供給される主蒸気量）によって異なるため、バイ
アス関数発生器４９は、主蒸気加減弁２７の開度信号４
８に基いてバイアス量を出力する６また１通常運転時は
バイアスを加える必要がないので、切換スイッチ５１は
抽気運転移行時のみ、バイアス関数発生器４９の出力を
加減算器５３に伝達し、通常運転時は０％信号を加減算
器５３に伝達する。上述の手順によってＨＶＧ４２に入
力される抽気加減弁開度信号４６の値が減少するので、
抽気加減弁強制開閉信号４７の値を下げてＨＶＧ４２か
ら出力される抽気加減弁開度指令４３の値をさらに減少
させることが可能となり、抽気加減弁２５の開度は抽気
加減弁強制開閉信号４７によってさらに低下させること
が可能になる。

抽気加減弁の開度が低下すると抽気部分のステージ圧力
は上昇し、蒸気を使用するプロセス（以下、プロセスと
いう）で要求される圧力との偏差が少くなって所定の範
囲に収まり、抽気運転への移行が可能となる。

第３図は、スリーアーム回路の加減算器５３に加えられ
るバイアスの設定が手動にて行われる場合の回路構成を
示す。手動バイアス回路６２においては、バイアス量を
設定するバイアス設定用ＰＢ６０が制御装置の外部に設
けられており、前記バイアス設定用ＰＢ６０によって制
御装置のアナログメモリ（ＡＭ）６１が増減されてバイ
アス量が調整される。前記手動バイアス回路６２によれ
ば、抽気運転に移行するための条件である抽気部分のス
テージ圧力とプロセス系で要求される圧力との偏差が手
動操作により所定の範囲に収められる。

第５図は、スリーアーム回路に加えるバイアスの設定値
を抽気部分のステージ圧力から求め設定する回路構成を
示す。このバイアス回路５ｏは、抽気部分のステージ圧
力に基いてバイアス分を出力するバイアス関数発生器４
９を除き、回路構成は、第１図のバイアス回路５０と同
様となる。バイアス関数発生器４９は、現状の抽気部分
のステージ圧力信号６３を入力とし、前記抽気部分のス
テージ圧力信号とプロセス系で要求される圧力との偏差
に応じてバイアス分を出力する。このため前記バイアス
回路５０によれば抽気運転に移行するための条件である
抽気部分のステージ圧力とプロセス系で要求される圧力
との偏差が所定の範囲に収められる。

第６図は２本発明の制御装置の実施例を示す系統図であ
る。制御装置１００は、実速度信号５Ｅ２０１および定
格速度信号１１２が入力されその偏差が出力される加減
算器１０１と、負荷設定器２０２の出力側に接続された
アナログメモリＡＭ１０４と、負荷制限器２０３の出力
側に接続されＬＬＭ信号３２を出力するアナログメモリ
ＡＭＩ０５と、主蒸気圧力設定器２０４の出力側に接続
されたアナログメモリＡＭ１０６と、抽気圧力設定器２
０５の出力側に接続されたアナログメモリＡＭ１０７と
、加減算器１０１の出力側に接続され調定率を乗する演
算器１０２と、該演算器１０２の出力側と前記ＡＭＬＯ
４の出力側に接続され両者の出力値を加算してＧＯＶ信
号３１を出力する加算器１０３と、前記ＡＭ１０６の出
力側に接続されかつ実主蒸気圧力信号２０６が入力され
その偏差を出力する加減算器１０９と、該加減算器１０
９の出力線を接続され調定率を乗算してＭＳＰ偏差信号
３３を出力する演算器１１０と、ＡＭ１０７の出力側に
接続され、かつ実抽気圧力信号２０７が入力されその偏
差を出力する加減算器１０８と、該加減算器１０８の出
力側に接続され調定率を乗算して抽気圧力偏差信号ΔＰ
４０を出力する演算器１１１と、抽気加減弁強制開閉関
度を設定する抽気加減弁強制開閉器４４の出力側に接続
され抽気加減弁強制開閉信号４７を出力するアナログメ
モリＡＭ４５と、主蒸気加減弁実開度信号２０８が入力
され、バイアス量を出力するバイアス関数発生器４９と
、０％信号発生器５２と、該Ｏ％信号発生器５２の出力
側およびバイアス関数発生器４９の出力側に一次側を接
続され、０％信号発生器５２もしくはバイアス関数発生
器４９から入力される信号を出力する切換スイッチ５１
と、加算器１０３、ＡＭ１０５．演算器１１０のそれぞ
れ出力側に接続され、速度偏差信号ΔＳを出力する低値
選択器ＬＶＧ３４と、ＬＶＧ３４の出力側に接続された
ゲインＫｌ　３６．に２３７と。

演算器１１１の出力側、切換スイッチ５１の出力側、ゲ
インに２３７の出力側に接続された加減算器５３と、該
加減算器５３の出力側に接続され、最高値、最低値を制
限して、抽気加減弁開度信号４６を出力するリミッタ４
１と、リミッタ４１の出力側に接続されたゲインに３３
８と、抽気加減弁開度信号４６および抽気加減弁強制開
閉信号４７を入力され、抽気加減弁開度指令４３を出力
する高値選択器ＨＶＧ４２と、ゲインＫｌ、に３の出力
側に接続され、主蒸気加減弁開度指令３９を出力する加
減算器５４とを備えている。

上記制御装置から出力されるアナログ信号である主蒸気
加減弁開度指令３９は、主蒸気加減弁サーボモータ３０
１に入力されて、主蒸気加減弁２７の開閉を制御し、同
じくアナログ信号である抽気加減弁開度指令４３は抽気
加減弁サーボモータ３０２に入力されて抽気加減弁２５
の開閉を制御する。

本実施例によれば、抽気タービンの抽気していない運転
状態から抽°気運転に移行する際に、抽気加減弁の開度
を強制的に小さくすることができるので抽気ステージの
圧力をプロセス側で要求する蒸気圧力の近くまで高くす
ることができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、抽気タービンの任意の負荷帯で抽気運
転への移行が可能となり、操作性及びプラント全体の運
用面での柔軟性が向上する。

従来、低負荷で抽気運転する場合、−旦、負荷を高負荷
まであげて運転し、高負荷状態で抽気運転に移行してか
ら負荷を低負荷まで下げるといった運用が必要であった
が、本発明によれば低負荷の領域ですぐに抽気運転に入
ることが可能となった。

また、抽気タービンの抽気部分のステージ圧力とプロセ
ス系で要求する圧力との偏差をかなり小さくできるため
、抽気運転移行の際に抽気タービンに与える外乱を小さ
くでき、タービン本体の疲労を軽減する効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例を示す制御系統のブロック図
、第２図は従来技術の例を示す制御系統のブロック図、
第３図は本発明の他の実施例を示す制御系統のブロック
図、第４図はコージェネレーションプラントの系統図、
第５図は第１図に示す実施例の変形例を示す制御系統の
ブロック図であり、第６図は本発明を適用した制御装置
の例を示す系統図である。 ４０・・・抽気圧力偏差信号、 ４９・・・バイアス関数発生器、 ５０・・・バイアス発生手段（自動バイアス回路）５１
・・・切り換えスイッチ、 ５２・・・０％信号発生器、５３・・・加算器、６１・
・・バイアス設定用入力手段に接続された、出力手段を
備えた記憶手段、 ６２・・・バイアス発生手段（手動バイアス回路）区 沫

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、蒸気によって駆動されるとともに抽気された該蒸気
   を他のプロセスに供給する抽気タービンの制御方法にお
   いて、該抽気タービンの任意の負荷帯で抽気加減弁を任
   意の開度に制限して、抽気ステージの蒸気圧力と前記プ
   ロセスで要求される圧力の偏差を、予め定められた範囲
   内とする手順を備えていることを特徴とする抽気タービ
   ンの制御方法。 ２、抽気加減弁の開度の下限値が、抽気圧力とプロセス
   で要求される圧力との偏差に基づいて設定される抽気タ
   ービンの制御方法において、該偏差に負のバイアスを加
   え、抽気加減弁の開度の下限値を低下させる手順を備え
   ていることを特徴とする抽気タービンの制御方法。 ３、蒸気によって駆動されるとともに抽気された該蒸気
   を他のプロセスに供給する抽気タービンの制御装置にお
   いて、該抽気タービンの任意の負荷帯で抽気加減弁を任
   意の開度に制限して、抽気ステージの蒸気圧力と前記プ
   ロセスで要求される圧力の偏差を、予め定められた範囲
   内とする手段を備えていることを特徴とする抽気タービ
   ンの制御装置。 ４、抽気タービンの任意の負荷帯で抽気加減弁を任意の
   開度に制限して、抽気ステージの蒸気圧力と前記プロセ
   スで要求される圧力の偏差を、予め定められた範囲内と
   する手段が、抽気圧力とプロセスで要求される圧力の偏
   差である抽気圧力偏差信号に対するバイアス信号を生成
   するバイアス発生手段と、該バイアス信号と前記抽気圧
   力偏差信号とを加算する加算器とを備えていることを特
   徴とする請求項３に記載の抽気タービンの制御装置。 ５、バイアス発生手段が、０％信号発生器と、主蒸気加
   減弁開度に基づいてバイアス信号を生成するバイアス関
   数発生器と、前記０％信号発生器の出力側と前記バイア
   ス関数発生器の出力側とに１次側を接続され２次側出力
   を前記０％信号発生器の出力と前記バイアス関数発生器
   の出力のいづれかに切り換える切換えスイッチとを含ん
   でいることを特徴とする請求項４に記載の抽気タービン
   の制御装置。 ６、バイアス発生手段が、バイアス設定用入力手段に接
   続された、出力手段をそなえた記憶手段であることを特
   徴とする請求項４に記載の抽気タービンの制御装置。 ７、バイアス関数発生器が、主蒸気加減弁開度のかわり
   に抽気ステージ圧力に基づいてバイアス信号を生成する
   ものであることを特徴とする請求項５に記載の抽気ター
   ビンの制御装置。