JPH04342806A - コンバインド発電プラントの蒸気タービン制御装置 - 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】

【０００１】［発明の目的］

【産業上の利用分野】本発明は、ガスタービンサイクル
と蒸気タービンサイクルとが排熱回収ボイラを介して結
合されるコンバインド発電プラントの蒸気タービン制御
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５に、コンバインド発電プラントの一
般的系統を示す。

【０００３】ガスタービン１は、燃焼ガスで駆動され、
これによりガスタービン発電機２が回転駆動して発電を
する。ガスタービン１から排出される高温高圧の排ガス
は、排熱入口ダンパー３を通過して、排熱回収ボイラ４
に導かれ、排熱回収ボイラ４で熱交換されて低温のガス
となり大気に放出される。

【０００４】排熱回収ボイラ４で高温ガスと熱交換して
高温高圧となった蒸気は、蒸気タービン５に供給され、
蒸気のエネルギーにより蒸気タービン５を回転駆動する
。蒸気タービン発電機６は、蒸気タービン５により駆動
されて発電をする。

【０００５】具体的には、排熱回収ボイラ４内の高圧ド
ラム７および低圧ドラム８で発生した蒸気は、高圧蒸気
加減弁９および低圧蒸気加減弁１０をそれぞれ介して蒸
気タービン５に供給される。そして、起動時に高圧蒸気
加減弁９を通過する前の蒸気は、高圧蒸気バイパス弁１
１を介し、また、低圧蒸気加減弁１０を通過する前の蒸
気は、低圧蒸気バイパス弁１２を介して復水器１３にそ
れぞれバイパスされる。

【０００６】復水器１３は、バイパスされた蒸気や蒸気
タービン５で仕事をした蒸気を冷却して水に変換する。 復水器１３の水は、高圧給水ポンプ１４により高圧ドラ
ム７に供給される一方、低圧給水ポンプ１５により低圧
ドラム８にそれぞれ供給される。

【０００７】排熱入口ダンパー３は、ガスタービン１か
らの排ガスを直接大気に放出させるか、排熱回収ボイラ
４に入力するかを切替える。この場合、排ガスを直接大
気に放出すれば、ガスタービン単独の運転となる。排ガ
スが排熱回収ボイラ４に入力すれば、コンバインドサイ
クルとしての運転となる。この排熱入口ダンパー３は、
大型のため一般に油圧で駆動され、一定のレートの開閉
または段階的に開閉をする。

【０００８】図６に、上記したコンバインド発電プラン
トに備える従来の蒸気タービン制御装置の制御ブロック
構成を示す。

【０００９】なお、高圧蒸気用、低圧蒸気用共に同一構
成であるので、その一つを説明するが、実際には、高圧
蒸気用、低圧蒸気用の二系統が設けられている。

【００１０】図示する如く、速度制御器１６の出力信号
と負荷制御器１７の出力信号とが加算された出力信号と
、負荷制限器１８の出力信号および蒸気圧力制御器１９
の出力信号の各々の出力信号が低値選択器２０に入力さ
れる。この低値選択器２０では、上記出力信号の内の低
値の信号を選択して蒸気加減弁開度設定信号ＰＢとして
出力する。

【００１１】ここで、蒸気圧力制御器１９は、蒸気圧力
実測信号ＰＡを入力し、この蒸気圧力実測信号ＰＡと積
分器１９ａの出力信号である蒸気圧力設定信号ＰＳとの
偏差を制限器１９ｂに入力する。この制限器１９ｂから
の出力信号をスイッチ１９ｃを介して積分器１９ａに入
力するようにしている。また、蒸気圧力設定信号ＰＳと
蒸気圧力実測信号ＰＡとの偏差を関数発生器１９ｄに入
力し、この関数発生器１９ｄからの出力信号をスイッチ
１９ｅを介して蒸気圧力制御信号ＰＭになるようにして
いる。

【００１２】一方、スイッチ１９ｃが動作すると、零が
設定されている設定器１９ｆの値が積分器１９ａに入力
される。また、スイッチ１９ｅが動作すると、設定器１
９ｇの１００％の設定値が蒸気圧力制御信号ＰＭとなる
ようにしている。

【００１３】なお、蒸気圧力実測信号ＰＡは、一般に蒸
気タービンヘッダー圧力であり、高圧蒸気加減弁９の制
御には高圧蒸気ヘッダー圧力信号が使われ、低圧蒸気加
減弁１０の制御には低圧蒸気ヘッダー圧力信号が使われ
る。

【００１４】上記構成で、起動時、ガスタービンの単独
運転またはコンバインド運転のいずれかを選択する。こ
のとき排熱入口ダンパー３の位置を決めてガスタービン
１の起動をする。なお、ガスタービンの単独運転とコン
バインド運転の切替えは、プラント運転中であっても構
わない。

【００１５】コンバインド運転を選択した場合、ガスタ
ービン１の起動後、ガスタービン１の排ガスが排熱入口
ダンパー３を通って排熱回収ボイラ４に供給される。こ
れにより、排熱回収ボイラ４内の高圧ドラム７および低
圧ドラム８の水が蒸発する。その後、蒸気タービン５を
起動させるまでの間、高圧蒸気バイパス弁１１および低
圧蒸気バイパス弁１２により、高圧ドラム７および低圧
ドラム８の出口蒸気圧力を所定圧力に維持させる。

【００１６】高圧蒸気状態が蒸気タービン５を起動させ
る状態になると、低値選択器２０で選択された速度制御
器１６の出力信号を増加させて高圧蒸気加減弁９を開け
て、蒸気タービン５を起動させる。蒸気タービン５が定
格速度に到達すると、蒸気タービン発電機６を電力系統
に併入し、初負荷を確保するまでの起動をする。この間
、高圧蒸気加減弁９が開くことにより排熱回収ボイラ４
の出口の高圧蒸気圧力が低下する。このため高圧蒸気バ
イパス弁１１を閉じることにより排熱回収ボイラ４の出
口の高圧蒸気圧力を所定値に維持する。

【００１７】その後、負荷制御器１７の出力信号を上昇
させて、高圧蒸気加減弁９および低圧蒸気加減弁１０を
全開とさせる。これに伴い高圧蒸気バイパス弁１１およ
び低圧蒸気バイパス弁１２は全閉する。この間、負荷制
限器１８は、図示省略した負荷制御器１７の出力信号に
正のバイアスを加えた信号に追従しており、通常の運転
では低値選択器２０で選択されることはない。

【００１８】ところで、蒸気圧力制御器１９は、蒸気タ
ービン５が起動完了するまでの間、即ち、高圧蒸気加減
弁９および低圧蒸気加減弁１０が全開とするまでの間、
スイッチ１９ｅが動作している。従って、蒸気圧力制御
信号ＰＭが１００％になっており、低値選択器２０では
選択されないようにしている。この蒸気圧力制御器１９
は、蒸気タービン５が起動完了し、スイッチ１９ｅが不
動作になった以降、蒸気圧力実測信号ＰＡが急激に低下
したときのみ低値選択器２０でこの蒸気圧力制御信号Ｐ
Ｍが選択されるようにしている。

【００１９】高圧蒸気加減弁９および低圧蒸気加減弁１
０は一旦全開するとこれを保持するようにしている。ま
た、同じくバイパス弁は一旦全閉するとこれを保持する
ようにしている。その理由は、全体の出力に対する発電
機負荷の負荷変化に対しては、まず、ガスタービン１の
出力で応答し、蒸気タービン発電機６の出力については
排熱回収ボイラ４の出口蒸気状態で決定するようにして
いるためである。これは、蒸気タービン５の出力が排熱
回収ボイラ４の出口蒸気温度に依存し、この排熱回収ボ
イラ４の出口蒸気状態はガスタービン１の排気ガス温度
に依存することによる。また、ガスタービン１の排気ガ
ス温度は、ガスタービン１の出力により決定されること
による。従って、コンバインドサイクルの出力は、ガス
タービン１の出力に依存することからガスタービン１の
出力制御により排熱回収ボイラ４の出口蒸気状態も制御
されることになる。

【００２０】蒸気タービン５の出力は、排熱回収ボイラ
４の出口蒸気圧力を変えることにより変更する変圧運転
を行っている。

【００２１】上記したコンバインドサイクルの蒸気サイ
クルでは、高圧蒸気加減弁９および低圧蒸気加減弁１０
を全開にし、高圧蒸気バイパス弁１１および低圧蒸気バ
イパス弁１２を全閉にした状態で蒸気タービン５を変圧
運転をしている。この変圧運転時に、高圧ドラム７およ
び低圧ドラム８のレベル制御の不調や、高圧給水ポンプ
１４および低圧給水ポンプ１５等の補機の故障などが発
生すると、高圧ドラム７および低圧ドラム８の出口蒸気
圧力、即ち、蒸気タービンの入口蒸気圧力が急低下する
ことがある。

【００２２】このような場合、高圧蒸気加減弁９および
低圧蒸気加減弁１０を全開の状態にしておくと、ドラム
内の水分が蒸気と混合して蒸気タービン５に入る。これ
を防止するため、蒸気圧力制御器１９により蒸気圧力の
急低下を検出し、急低下の程度に応じて高圧蒸気加減弁
９および低圧蒸気加減弁１０を急閉させて、蒸気圧力の
低下を抑制するようにしている。

【００２３】ここで、蒸気圧力制御器１９の動作につい
て具体的に説明する。

【００２４】蒸気圧力実測信号ＰＡが急低下すると、蒸
気圧力設定信号ＰＳは制限器１９ｂおよび積分器１９ａ
の動作により所定の低速レートで降下する。このため蒸
気圧力設定信号ＰＳと蒸気圧力実測信号ＰＡとの蒸気圧
力制御偏差が負の信号となる。そして、関数発生器１９
ｄに設定されている値、即ち、図７に示す如く、Ｄ１の
値になると、蒸気圧力開度指令が徐々に低下を開始する
。このＤ１の値は、誤動作を防ぐため通常の定格蒸気圧
力の１０％程度の値を設定している。さらに、蒸気圧力
制御偏差がＤ２となるまで徐々に蒸気加減弁開度指令が
降下する。この蒸気加減弁開度指令、即ち、蒸気圧力制
御信号ＰＭが低値選択器２０で選択される。そして、ス
イッチ１９ｃが動作する。設定器１９ｆは零に設定され
ており、蒸気圧力設定信号ＰＳが保持され、蒸気圧力制
御信号ＰＭの低下を促進させるように働く。即ち、図８
に示す如く、蒸気圧力設定信号ＰＳと蒸気圧力実測信号
ＰＡがｔ１の時点で徐々に降下し、ｔ２時間で蒸気圧力
制御偏差がＤ１になると、蒸気圧力制御信号ＰＭが１０
０％から急に低下する。

【００２５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た蒸気タービン制御装置には次の問題がある。

【００２６】蒸気タービン５が変圧運転しているときに
、排熱入口ダンパー３を誤操作で閉めた場合、または排
熱入口ダンパー３の故障や制御器の故障で閉まることが
ある。この場合、ガスタービン１の排ガスが大気に直接
排出され、排熱回収ボイラ４の入熱が急低下するため高
圧ドラム７および低圧ドラム８の出口蒸気圧力、即ち、
蒸気タービン入口蒸気圧力が急低下する。このような場
合、上記と同様に蒸気圧力制御器１９により高圧蒸気加
減弁９および低圧蒸気加減弁１０を締めて蒸気圧力の低
下を抑制しようとする。

【００２７】ところが、排熱回収ボイラ４の入熱低下に
対する高圧ドラム７および低圧ドラム８の出口蒸気圧力
低下の反応が俊敏なことから、蒸気タービン５の入口蒸
気圧力が急激に低下する。このため、蒸気圧力の低下を
検出し、蒸気加減弁を閉めている蒸気圧力制御器１９の
動作では、蒸気圧力低下の抑制が遅れて蒸気タービン５
に湿り蒸気が入り蒸気タービン５の翼を損傷するという
問題がある。

【００２８】例えば、図９に示す如く、排熱入口ダンパ
ー３の開度Ｌが、ｔ１時点に１００％から５０％にステ
ップで変化したとき、これに応じて蒸気圧力設定信号Ｐ
Ｓ、蒸気圧力実測信号ＰＡおよび蒸気圧力制御信号ＰＭ
は図示するように変化する。このときｔ２時点で蒸気圧
力設定信号ＰＳと蒸気圧力実測信号ＰＡとの差が蒸気圧
力制御偏差Ｄ１を生じるため蒸気圧力制御信号ＰＭはＴ
時間だけ遅れて動作することになる。

【００２９】そこで、本発明は、排熱入口ダンパーが誤
操作等で閉まった場合に、蒸気加減弁を速やかに閉めて
蒸気タービンに湿り蒸気が入るのを防止することのでき
るコンバイン発電プラントの蒸気タービン制御装置を提
供することを目的とする。

【００３０】［発明の構成］

【課題を解決するための手段】本発明は、ガスタービン
と、このガスタビーンから排熱入口ダンパーを介して供
給される排ガスを熱交換する排熱回収ボイラと、この排
熱回収ガスボイラからの蒸気を蒸気タービンに導く蒸気
加減弁と、この蒸気加減弁を開閉制御するために速度制
御信号と負荷制御信号との加算値と蒸気圧力制御信号と
を入力し、これらの制御信号の内で低値の制御信号を選
択し蒸気加減弁開度設定信号とする低値選択器とからな
るコンバインド発電プラントの蒸気タービン制御装置に
おいて、前記排熱入口ダンパーの開度値またはこの相当
値を検出する排熱入口ダンパー開度検出手段と、前記排
熱入口ダンパーが閉動作となったとき前記蒸気タービン
への蒸気圧力を所定値に維持するため前記排熱入口ダン
パー開度検出手段の検出値に応じた前記蒸気加減弁の開
度制限値またはこの相当値を算出し、この算出値を前記
低値選択器へ入力する開度制限値演算手段とを設けるよ
うにしたものである。

【００３１】

【作用】上記構成により、排熱入口ダンパーの開度値ま
たは相当値を基準に算出した蒸気加減弁の開度制限値ま
たは相当値により、直接蒸気加減弁を制御することがで
きるため、排熱入口ダンパーが誤操作または故障で閉ま
っても時間の遅れがなく、蒸気加減弁を閉めることがで
きる。これにより蒸気圧力の低下が抑制され、湿り蒸気
が蒸気タービンに入ることが防止され、蒸気タービンの
翼を保護する。

【００３２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。

【００３３】図１は、本発明の一実施例を示すコンバイ
ン発電プラントの蒸気タービン制御装置の制御ブロック
構成図である。図６と同一符号は、同一部分または相当
部分を示す。図６と異なる点は、関数発生器２１と変化
率制限器２２を新たに設けた点である。本実施例は、排
熱入口ダンパー３の開度信号Ｌを関数発生器２１に入力
し、この関数発生器２１から出力される信号を変化率制
限器２２を介して低値選択器２０に入力するようにして
いる。

【００３４】関数発生器２１は、排熱入口ダンパー３の
開度信号Ｌを入力して、この入力信号を図２に示す如く
、設定された関数の信号にして出力する。この関数発生
器２１の関数は、排熱入口ダンパー３の流量特性、排熱
回収ボイラ４の熱特性および蒸気加減弁の流量特性等か
ら算出する。

【００３５】変化率制限器２２は、関数発生器２１の出
力信号を所定の変化率で制限して出力する。この変化率
制限器２２に設定される値は、蒸気タービン５の蒸気流
量最大変化率から算出する。

【００３６】次に、蒸気タービン５が変圧運転中に排熱
入口ダンパー３が誤操作または故障により閉まった場合
、次の作用をする。

【００３７】排熱入口ダンパー３の開度信号Ｌが低下す
ると、この排熱入口ダンパー３の開度信号Ｌを入力した
関数発生器２１が、図２に示す如くに関数設定された蒸
気加減弁開度制限値を出力する。即ち、関数発生器２１
が蒸気加減弁を急激に閉める指令を変化率制限器２２に
出力する。この結果、変化率制限器２２を介した信号は
低値選択器２０で選択され、蒸気加減弁を閉める。これ
により、蒸気タービン入口蒸気圧力が急低下するのを未
然に防ぐことができる。

【００３８】例えば、図３に示す如く、排熱入口ダンパ
ー３の開度信号Ｌがｔ１時点に１００％から５０％へス
テップ状に変化したとき、変化率制限器２２の出力信号
を蒸気加減弁開度設定信号ＰＢとして直ちに、ｔ１時点
から急降下してｔ２時点で一定値となる。これに応じて
蒸気圧力実測信号ＰＡも降下するが、速やかに追従して
排熱入口ダンパー３の開度変化前の所定の圧力を維持す
る。このように、排熱入口ダンパー３が閉まったとき、
蒸気加減弁が速やかに閉まり、蒸気圧力の急低下を抑制
することができる。

【００３９】なお、関数発生器２１の設定が予定された
特性と相違し、蒸気加減弁の閉めが不足する場合は、従
来の蒸気圧力制御器１９の作用により、さらに蒸気加減
弁を閉める。

【００４０】また、蒸気タービン５の起動から停止操作
が行われるまでの間、通常の運転では、排熱入口ダンパ
ー３は全開になっているため、本実施が通常の運転に影
響を与えることはない。

【００４１】さらに、従来の動作特性を示す図９と、比
較すれば、明らかなように、本実施例によれば、蒸気圧
力の急低下を抑制するだけでなく、蒸気圧力の変動その
ものを安定にすることができる。

【００４２】図４は、本発明の他の実施例を示すコンバ
イン発電プラントの蒸気タービン制御装置の制御ブロッ
ク構成図である。

【００４３】本実施例では、排熱入口ダンパー３の通過
ガス流量とバイパス流量とを入力し、両者の信号を加算
した排ガス総流量に対する通過ガス流量の比率、即ち、
排熱入口ダンパー３の仮想開度を除算器２３で算出する
。関数発生器２４では、除算器２３で算出された信号に
基づいて蒸気タービン５の負荷制限信号を算出する。 この負荷制限信号に基づき負荷制限器１８が動作して低
値選択器２０で負荷制限器１８からの信号が選択され、
蒸気加減弁を制御する。

【００４４】なお、排熱入口ダンパー３の通過ガス流量
とは、排熱回収ボイラ４に入力される流量である。また
、バイパス流量とは、大気に放出される流量である。 関数発生器２４の設定関数は図２に示す関数の蒸気加減
弁開度制限値を負荷制限値に変えたものであり、同等の
関数になる。この実施例でも図１に示した実施例と同様
に実施できる。

【００４５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、排熱入口
ダンパーが誤操作等により閉まった場合、蒸気タービン
入口蒸気圧力が急低下する前に蒸気加減弁を速やかに閉
めることができるから、蒸気圧力の急低下を抑制する。 これにより、高圧ドラム、低圧ドラムからの蒸気に水分
が含まれることがない。このため湿り蒸気が蒸気タービ
ンに入るということが解消され、蒸気タービンの翼が損
傷されるのを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すコンバイン発電プラン
トの蒸気タービン制御装置の制御ブロック構成図である
。

【図２】同装置の関数発生器の特性例を示す説明図であ
る。

【図３】同装置の動作例を示す説明図である。

【図４】本発明の他の実施例を示すコンバイン発電プラ
ントの蒸気タービン制御装置の制御ブロック構成図であ
る。

【図５】コンバインド発電プラントを示す系統図である
。

【図６】従来例を示すコンバイン発電プラントの蒸気タ
ービン制御装置の制御ブロック構成図である。

【図７】同装置の関数発生器の特性例を示す説明図であ
る。

【図８】同装置の動作例を示す説明図である。

【図９】同装置の動作例を示す説明図である。

【符号の説明】

１　　　　ガスタービン ３　　　　排熱入口ダンパー ４　　　　排熱回収ボイラ ５　　　　蒸気タービン ９　　　　高圧蒸気加減弁 １０　　　　低圧蒸気加減弁 １６　　　　速度制御器 １７　　　　負荷制御器 １９　　　　蒸気圧力制御器 ２０　　　　低値選択器 ２１　　　　関数発生器 ２２　　　　変化率制限器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ガスタービンと、このガスタビーンか
   ら排熱入口ダンパーを介して供給される排ガスを熱交換
   する排熱回収ボイラと、この排熱回収ガスボイラからの
   蒸気を蒸気タービンに導く蒸気加減弁と、この蒸気加減
   弁を開閉制御するために速度制御信号と負荷制御信号と
   の加算値と蒸気圧力制御信号とを入力し、これらの制御
   信号の内で低値の制御信号を選択し蒸気加減弁開度設定
   信号とする低値選択器とからなるコンバインド発電プラ
   ントの蒸気タービン制御装置において、前記排熱入口ダ
   ンパーの開度値またはこの相当値を検出する排熱入口ダ
   ンパー開度検出手段と、前記排熱入口ダンパーが閉動作
   となったとき前記蒸気タービンへの蒸気圧力を所定値に
   維持するため前記排熱入口ダンパー開度検出手段の検出
   値に応じた前記蒸気加減弁の開度制限値またはこの相当
   値を算出し、この算出値を前記低値選択器へ入力する開
   度制限値演算手段とを備えたことを特徴とするコンバイ
   ンド発電プラントの蒸気タービン制御装置。