JPS59231604A - 火力発電プラントの運転制御方法 - Google Patents
火力発電プラントの運転制御方法Info
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- JPS59231604A JPS59231604A JP58106271A JP10627183A JPS59231604A JP S59231604 A JPS59231604 A JP S59231604A JP 58106271 A JP58106271 A JP 58106271A JP 10627183 A JP10627183 A JP 10627183A JP S59231604 A JPS59231604 A JP S59231604A
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- turbine
- rate
- thermal stress
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F22—STEAM GENERATION
- F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
- F22B35/00—Control systems for steam boilers
- F22B35/18—Applications of computers to steam boiler control
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
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- F01K13/02—Controlling, e.g. stopping or starting
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Control Of Turbines (AREA)
- Feedback Control In General (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、火力発電プラントの運転制御方法に係り、特
に、プラントの肉厚部に発生する熱応力を許容値以下に
抑制しながら急速な起動等を可能とするに好適な火力発
電プラントの運転制御方法に関するものである。
に、プラントの肉厚部に発生する熱応力を許容値以下に
抑制しながら急速な起動等を可能とするに好適な火力発
電プラントの運転制御方法に関するものである。
最近の火力発電プラントは、原子力発電プラントとの調
和をとるため、中間負荷運転用として溝成されている。
和をとるため、中間負荷運転用として溝成されている。
斯かる火力発電プラントは、与えられるプラントの起動
及び運転の各パターンに基づいて得たプラント運転パラ
メータに従って蒸気発生装置及びタービンの運転を制御
する。斯かる火力発電プラントは、急速な起動停止、大
幅な負荷変化に追従することが要請されている。したが
って、蒸気発生装置、タービン等の圧力部材の肉厚部に
発生する熱応力を精度よく求め、その部分の部材の寿命
消費量を抑えて起動・停止等の運転制御をすることが重
要である。プラント起動時において、大きな熱応力を発
生する箇所には、蒸気発生装置の2次過熱器出力ヘッダ
管寄部と、タービン第1段ラビリンスパツキン部のロー
タ表面及びボア(中心孔)とがある。
及び運転の各パターンに基づいて得たプラント運転パラ
メータに従って蒸気発生装置及びタービンの運転を制御
する。斯かる火力発電プラントは、急速な起動停止、大
幅な負荷変化に追従することが要請されている。したが
って、蒸気発生装置、タービン等の圧力部材の肉厚部に
発生する熱応力を精度よく求め、その部分の部材の寿命
消費量を抑えて起動・停止等の運転制御をすることが重
要である。プラント起動時において、大きな熱応力を発
生する箇所には、蒸気発生装置の2次過熱器出力ヘッダ
管寄部と、タービン第1段ラビリンスパツキン部のロー
タ表面及びボア(中心孔)とがある。
これら部材の応力を求めることや、その応力計算のもと
となる部材の温度分布を実測することは甚だしく困難で
あり、後者については回転体であることから特に困難で
ある。加えて、蒸気状態が時々刻々と変化するため、発
生する熱応力を精度よく求めることは困難である。した
がって、起動前の蒸気条件に応じて起動スケジュールを
含む運転パラメータを決定していた。しかしながら、こ
の方法の場合は、起動過程において、蒸気条件が予定値
からずれることを予め見込んで余裕値を大きくとってい
るため、起動時間が必要以上に長くなりがちであった。
となる部材の温度分布を実測することは甚だしく困難で
あり、後者については回転体であることから特に困難で
ある。加えて、蒸気状態が時々刻々と変化するため、発
生する熱応力を精度よく求めることは困難である。した
がって、起動前の蒸気条件に応じて起動スケジュールを
含む運転パラメータを決定していた。しかしながら、こ
の方法の場合は、起動過程において、蒸気条件が予定値
からずれることを予め見込んで余裕値を大きくとってい
るため、起動時間が必要以上に長くなりがちであった。
しかも、熱応力の発生のもととなる蒸気温度の制御は、
応答遅れが大きく、熱応力に基づき先行制御を行うこと
は困難であった。
応答遅れが大きく、熱応力に基づき先行制御を行うこと
は困難であった。
上記のことを考慮して、最近、タービンルータに発生す
る熱応力を予測し、昇速率、負荷変化率等の運転パラメ
ータを修正する方法が提案されている。しかしながら、
斯かる方法は、蒸気発生装置側で発生する蒸気条件を前
提とし、かつ蒸気発生装置側の蒸気状態の制御と独立し
であるため、途中で昇ね停止するなどプラント相互協調
が図れず、起動時間は必要以上に長くなりがちであった
。
る熱応力を予測し、昇速率、負荷変化率等の運転パラメ
ータを修正する方法が提案されている。しかしながら、
斯かる方法は、蒸気発生装置側で発生する蒸気条件を前
提とし、かつ蒸気発生装置側の蒸気状態の制御と独立し
であるため、途中で昇ね停止するなどプラント相互協調
が図れず、起動時間は必要以上に長くなりがちであった
。
本発明の目的は、プラントの1回の起動及び運転に許容
される寿命消費量を有効に利用でき、かつプラントの肉
厚部に発生する熱応力を許容値以下に抑えながら起動時
間を最短にする火力発電プラントの運転制御方法を提供
することにある。
される寿命消費量を有効に利用でき、かつプラントの肉
厚部に発生する熱応力を許容値以下に抑えながら起動時
間を最短にする火力発電プラントの運転制御方法を提供
することにある。
本発明は、上記目的を達成するため、主蒸気温度昇温率
、タービン昇速率、負荷変化率等の各プラント状純変化
率に門するプラント運転パラメータを仮に設定し、この
設定されたプラント運転パラメータを基に主蒸気温度の
状態量の変化率を予υ11jシ、この予測値に基づいて
蒸気発生装置及びタービンの応力評価部の熱応力を予測
し、予め設定した1回の起動及び運転に許されるスナ命
消費付に対応して決足された熱応力許容値と比較し、当
該許容値との偏差の小さい方で上iピプラント状態度化
率が最大、つまシブラント起動を最短時間とする運転パ
ラメータを得て、これをもって蒸気発生装置及びタービ
ンの運転を制御することを特徴とする。
、タービン昇速率、負荷変化率等の各プラント状純変化
率に門するプラント運転パラメータを仮に設定し、この
設定されたプラント運転パラメータを基に主蒸気温度の
状態量の変化率を予υ11jシ、この予測値に基づいて
蒸気発生装置及びタービンの応力評価部の熱応力を予測
し、予め設定した1回の起動及び運転に許されるスナ命
消費付に対応して決足された熱応力許容値と比較し、当
該許容値との偏差の小さい方で上iピプラント状態度化
率が最大、つまシブラント起動を最短時間とする運転パ
ラメータを得て、これをもって蒸気発生装置及びタービ
ンの運転を制御することを特徴とする。
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第1図は、本発明に係る火力発電プラントの運転制御方
法が適用される火力プラントの概念的な構成を示すブロ
ック図である。
法が適用される火力プラントの概念的な構成を示すブロ
ック図である。
図中符号10は操作盤、20はディジタル計算機、30
は石炭ミルシステム、40は蒸気発生装置(以下ボイラ
システムと称す)、50はタービン発電機システムであ
る。
は石炭ミルシステム、40は蒸気発生装置(以下ボイラ
システムと称す)、50はタービン発電機システムであ
る。
火力プラントのオペレータは、@tg+a20を介して
与えられるプラントの谷部のデータ、図示しない中央給
電指令所のような上位の制御所から与えられるデータ等
を参考に必要な操作を操作盤10上にて行う。計q6機
20は事前に与えられているプログラムに従って、プラ
ントの谷部のデータ、操作盤10の操作に応じた信号等
から、プラントの各部に対して必要な制御信号を与える
。石炭ミルシステム30は、コールバンカ301、給炭
機302、ミル310、プロワ321及び322、ダン
パ323及び324を含んで構成されている。
与えられるプラントの谷部のデータ、図示しない中央給
電指令所のような上位の制御所から与えられるデータ等
を参考に必要な操作を操作盤10上にて行う。計q6機
20は事前に与えられているプログラムに従って、プラ
ントの谷部のデータ、操作盤10の操作に応じた信号等
から、プラントの各部に対して必要な制御信号を与える
。石炭ミルシステム30は、コールバンカ301、給炭
機302、ミル310、プロワ321及び322、ダン
パ323及び324を含んで構成されている。
バンカ301、給炭機−302を介してミル310内に
供給された石炭は、ミル310内で粉砕される。このよ
うに微粉炭にされた石炭は、プロワ321及び322に
より吹込まれた空気により、ボイラシステム40のバー
ナ407に搬送され、ここで燃焼する。
供給された石炭は、ミル310内で粉砕される。このよ
うに微粉炭にされた石炭は、プロワ321及び322に
より吹込まれた空気により、ボイラシステム40のバー
ナ407に搬送され、ここで燃焼する。
ボイラシステム40は、給水ポンプ401、給水制御弁
402、エバポレータ403、−次ス−パヒータ404
、二次スーパヒータ405、ガス書循項プロワ406及
びバーナ407より植成され°Cいる。該給水ポンプ4
01より供給δれた水は、エバポレータ403で蒸気に
され、−次、二次スーパヒータ404及び405で過熱
蒸気である主蒸気とされ°C後述するタービン発電機シ
ステム50に供宿される。バーナ407の供伶する熱針
は、エバポレータで水を蒸気に度え、スーパヒータで蒸
気を過熱然気にするために使用さhるとともに、一部は
排出ガスとともに煙突から梗気中に逃げる。煙突から排
出されるガスの一部はガス書循環ブロソ406によって
ボイラに戻される。
402、エバポレータ403、−次ス−パヒータ404
、二次スーパヒータ405、ガス書循項プロワ406及
びバーナ407より植成され°Cいる。該給水ポンプ4
01より供給δれた水は、エバポレータ403で蒸気に
され、−次、二次スーパヒータ404及び405で過熱
蒸気である主蒸気とされ°C後述するタービン発電機シ
ステム50に供宿される。バーナ407の供伶する熱針
は、エバポレータで水を蒸気に度え、スーパヒータで蒸
気を過熱然気にするために使用さhるとともに、一部は
排出ガスとともに煙突から梗気中に逃げる。煙突から排
出されるガスの一部はガス書循環ブロソ406によって
ボイラに戻される。
ボイラが供給する蒸気流量を制御する1ヒめ、計算機2
0の出力により制御弁402が操作される。
0の出力により制御弁402が操作される。
主蒸気温度を制御するためのボイラ関連データとして給
水量、二次スーパヒータ入口温度、蒸気流量、主蒸気温
度、主蒸気圧力及びガス再循環流量等がそれぞれ検出器
411,412,413゜414 、415及ヒ416
−C’検出すi、Mtn観20へ送られる。
水量、二次スーパヒータ入口温度、蒸気流量、主蒸気温
度、主蒸気圧力及びガス再循環流量等がそれぞれ検出器
411,412,413゜414 、415及ヒ416
−C’検出すi、Mtn観20へ送られる。
タービン発電機システム50は、タービン制御弁501
、高圧タービン502、中低圧タービン503、ti水
器504及びタービンロータに直結された発電機505
より構成される。計算機20の出力により制御弁501
が操作され、その開度に応じた量の主蒸気がタービン5
02,503に供給され、発電機505を回転させる。
、高圧タービン502、中低圧タービン503、ti水
器504及びタービンロータに直結された発電機505
より構成される。計算機20の出力により制御弁501
が操作され、その開度に応じた量の主蒸気がタービン5
02,503に供給され、発電機505を回転させる。
タービンで仕事を終えた蒸気は狽水器504によシ水に
戻される。この水は前述した給水ポンプ401によりボ
イラに再度供給される。発電機出力が検出器509で検
出され計算機20へ送られる。
戻される。この水は前述した給水ポンプ401によりボ
イラに再度供給される。発電機出力が検出器509で検
出され計算機20へ送られる。
計n機20は、操作盤10からプラント運転に ′
関する独々の要求を与えられ、プラントから得られるデ
ータと事前に与えられているプログラムから、所定の制
御信号を出力し、プラント目標状態に制御する。
関する独々の要求を与えられ、プラントから得られるデ
ータと事前に与えられているプログラムから、所定の制
御信号を出力し、プラント目標状態に制御する。
以上火力プラントの構成の概要を説明した。
次に上記火力発電プラントの起動時における熱応力の発
生機構について説明する。
生機構について説明する。
火力発電プラントにおいて起動時における熱応力の発生
する部分は、既に述べたように、大別すると、タービン
の1段ラビリンスパツキン部と、ボイラシステム40の
2次過熱器出ロヘッダ管寄部とである。そこで、まず該
管寄部の熱応力の算出過程を第2図を用いて説明し、次
いでタービンのラビリンスパツキン部の熱応力の算出過
程を鋲3図を用いて説明する。
する部分は、既に述べたように、大別すると、タービン
の1段ラビリンスパツキン部と、ボイラシステム40の
2次過熱器出ロヘッダ管寄部とである。そこで、まず該
管寄部の熱応力の算出過程を第2図を用いて説明し、次
いでタービンのラビリンスパツキン部の熱応力の算出過
程を鋲3図を用いて説明する。
第2図は、ボイラの2次過熱器405の出口ヘッダ管寄
部405Aを示す断面図である。この部分は、外面は加
熱されず、内面のみが蒸気(内部流体)によって加熱さ
れる。しかして、半径方向の肉厚が大きいことから、内
外面の温度差が顕著に現われる。このため、特にノズル
コーナ部NCには、大きな熱応力が生じることとなる。
部405Aを示す断面図である。この部分は、外面は加
熱されず、内面のみが蒸気(内部流体)によって加熱さ
れる。しかして、半径方向の肉厚が大きいことから、内
外面の温度差が顕著に現われる。このため、特にノズル
コーナ部NCには、大きな熱応力が生じることとなる。
この部分NCに生ずる熱応力を推定するため、主蒸気流
量MSF、主蒸気温度MST及び主蒸気圧力MSPをそ
れぞれ検出器413,414及び415で検出して用い
ることにする。
量MSF、主蒸気温度MST及び主蒸気圧力MSPをそ
れぞれ検出器413,414及び415で検出して用い
ることにする。
それでは、まず部材の温度分布について検討する。
2次過熱器出ロヘッダ管寄部405Aを無限円筒とみな
すとすれば、主蒸気と管寄部部材との伝熱によるメタル
温度分布は、次式で与えられる。
すとすれば、主蒸気と管寄部部材との伝熱によるメタル
温度分布は、次式で与えられる。
ここに T:時刻t1円筒中心から半径rの点のメタル
温度 α:メタル温度拡散率 境界値条件として、主蒸気とメタル内面、メタル外面と
外部との間に次式が成立する。
温度 α:メタル温度拡散率 境界値条件として、主蒸気とメタル内面、メタル外面と
外部との間に次式が成立する。
ただし、a:円筒の内半径
b=円筒の外半径
To:時刻tの円筒内面(r=a)のメタル温度
Tt:時刻tの主蒸気温度
λ:メタル熱伝導率
h:主蒸気とメタル間の伝達率
また、hは次式で与えられる。
h=0.0231+1IO−8Pr”’・−・・−・・
(3)a ただし、K:流体(主蒸気)熱伝達率 几、:レイノズル数 P、ニブラントル数 次に、上記温度分布に基づく半径rの点の熱応力を極座
標表示で求めると、半径方向熱応力σ、(す、周方向熱
応力σ0(す、軸方向熱応力σ、(r)は次式で与えら
れる。
(3)a ただし、K:流体(主蒸気)熱伝達率 几、:レイノズル数 P、ニブラントル数 次に、上記温度分布に基づく半径rの点の熱応力を極座
標表示で求めると、半径方向熱応力σ、(す、周方向熱
応力σ0(す、軸方向熱応力σ、(r)は次式で与えら
れる。
Eα 2b
a、<r)=−1−/ T(r)rar−T(r))
−(611−νb2a2m ここに、E:ヤング率 α;線膨張率 シ:ボアソン比 しかして、熱応力が最も厳しいのは、既に述べたが、内
面のノズルコーナ部N Cである。−収部の熱応力σθ
(a)=σ1(a)に応力集中定数係数Cを乗じ、この
部分の熱応力をσとすると、σ=C・σθ(a) −−(−J T(すrdr−T(a)) ”’
(7)CEα 2b l−ν b2−32 。
−(611−νb2a2m ここに、E:ヤング率 α;線膨張率 シ:ボアソン比 しかして、熱応力が最も厳しいのは、既に述べたが、内
面のノズルコーナ部N Cである。−収部の熱応力σθ
(a)=σ1(a)に応力集中定数係数Cを乗じ、この
部分の熱応力をσとすると、σ=C・σθ(a) −−(−J T(すrdr−T(a)) ”’
(7)CEα 2b l−ν b2−32 。
以上のように、該コーナ部の熱応力を求めることができ
る。
る。
ところで、ボイラ起動時の熱応力予測値を求めるために
は、上記(7)式からも理解できるように、主蒸気温度
の予測を行う必要がある。そこで、主蒸気温度の予測の
手法について一例を挙げて睨明するO 主蒸気温度の予測値は、2次過熱器の動特性モデルを用
いて、n・τ(nは整数、τは演昇周期ン先の主蒸気温
度MS T (t + nτ)を次式のX(τ)をn回
繰り返すことによって求める。
は、上記(7)式からも理解できるように、主蒸気温度
の予測を行う必要がある。そこで、主蒸気温度の予測の
手法について一例を挙げて睨明するO 主蒸気温度の予測値は、2次過熱器の動特性モデルを用
いて、n・τ(nは整数、τは演昇周期ン先の主蒸気温
度MS T (t + nτ)を次式のX(τ)をn回
繰り返すことによって求める。
すなわち、時刻tにおける主蒸気温度をXl、2次過熱
器部拐温度をχ2.2次過熱器入口蒸気vAIKをul
、2次過熱器蒸気鴎度をu2とすると、である。また
、 − 十 ここに、 CP:主蒸気定圧比熱 F8 :2次過熱器内部流体(主蒸気)流量FIIR:
2次過熱器内部流体(主蒸気)定格流量 rs:2次過熱器内部流体(主蒸気)比重危v :2次
過熱器内部流木(主蒸気)容積Fz IF:ゲイ2再循
環ガス流量 Fg*yn:ボイラ再循環ガス定格流最Mm :2次過
熱器メタル重量 C,:2次過熱器メタル比熱 A :2次過熱器伝熱面積 α11:蒸気からメタルへのだ格状態での熱伝達率 α1■:メタルから蒸気への定格状態での熱伝達率 ところでue式は、 X(i)=Φ(i−t)x(i−t)+H(i−t)
u(i−x) ・・−(171と表現できる。この時
、プロセスの観測過aが、y(i)= c(i)x(i
)+w(i) ・−QSy(す:0
1次元観測ベクトル C(i):mXn観測行列 w(i):m次元観測ノイズベクトル であるとすると、信号X(i)の最大推定値x(i)は
、カルマンフィルタ理論を適用すると、次式で求められ
る。すなわち、 X (i)= x (i)十p(i)C’(i)W−’
(V(i)−(C(i)X(i)+ Vl/(i))
) −tilである。
器部拐温度をχ2.2次過熱器入口蒸気vAIKをul
、2次過熱器蒸気鴎度をu2とすると、である。また
、 − 十 ここに、 CP:主蒸気定圧比熱 F8 :2次過熱器内部流体(主蒸気)流量FIIR:
2次過熱器内部流体(主蒸気)定格流量 rs:2次過熱器内部流体(主蒸気)比重危v :2次
過熱器内部流木(主蒸気)容積Fz IF:ゲイ2再循
環ガス流量 Fg*yn:ボイラ再循環ガス定格流最Mm :2次過
熱器メタル重量 C,:2次過熱器メタル比熱 A :2次過熱器伝熱面積 α11:蒸気からメタルへのだ格状態での熱伝達率 α1■:メタルから蒸気への定格状態での熱伝達率 ところでue式は、 X(i)=Φ(i−t)x(i−t)+H(i−t)
u(i−x) ・・−(171と表現できる。この時
、プロセスの観測過aが、y(i)= c(i)x(i
)+w(i) ・−QSy(す:0
1次元観測ベクトル C(i):mXn観測行列 w(i):m次元観測ノイズベクトル であるとすると、信号X(i)の最大推定値x(i)は
、カルマンフィルタ理論を適用すると、次式で求められ
る。すなわち、 X (i)= x (i)十p(i)C’(i)W−’
(V(i)−(C(i)X(i)+ Vl/(i))
) −tilである。
ここにXはモデルの推定量であり、
X(i)=Φ(i−11X(i−1)+H(i−1)U
(i −1) −(21で与えられる。
(i −1) −(21で与えられる。
よって、カルマンフィルタを適用することによ900式
で与えられるX(i)は、より鞘朋の高い推定値が求ま
ることになる。
で与えられるX(i)は、より鞘朋の高い推定値が求ま
ることになる。
したがって、01.61式で求めたnτ先の主蒸気温度
予測値を(1)式の温就分布計算に用い、次いで計算さ
れた温度分布値を(方式に適用することにより11τ時
間先の熱応力が求まることになる。もちろん、主蒸気温
v−の予測値は、例えばプラント運転パラメータとして
設定されているプラント状態量変化率から一定時間後の
ものを推定してもよい。
予測値を(1)式の温就分布計算に用い、次いで計算さ
れた温度分布値を(方式に適用することにより11τ時
間先の熱応力が求まることになる。もちろん、主蒸気温
v−の予測値は、例えばプラント運転パラメータとして
設定されているプラント状態量変化率から一定時間後の
ものを推定してもよい。
第3図は、タービン発電機システム50の高圧タービン
502の第1没後ラビリンスパツキン部541を示す断
面図である。この部分は、タービン側でタービン起動時
に最も熱応力の発生が大きい部分であることは既に述べ
た。ここを洩れる蒸気の温度、圧力及び洩れ流速が、タ
ービン起動過程においては大幅に変動するため、この附
近のロータは過酷な条件にさらされることになる。この
lヒめ、当該部分は、加熱又は冷却の繰り返しが急激と
なり、過大な熱応力が発生しやすくなるのである。この
熱応力を推定するため、主蒸気温度、主蒸気圧力、第1
没後蒸気温度Tl8T及び第1没後蒸気圧力をそれぞれ
検出器414,415゜505及び506で検出して用
いる。
502の第1没後ラビリンスパツキン部541を示す断
面図である。この部分は、タービン側でタービン起動時
に最も熱応力の発生が大きい部分であることは既に述べ
た。ここを洩れる蒸気の温度、圧力及び洩れ流速が、タ
ービン起動過程においては大幅に変動するため、この附
近のロータは過酷な条件にさらされることになる。この
lヒめ、当該部分は、加熱又は冷却の繰り返しが急激と
なり、過大な熱応力が発生しやすくなるのである。この
熱応力を推定するため、主蒸気温度、主蒸気圧力、第1
没後蒸気温度Tl8T及び第1没後蒸気圧力をそれぞれ
検出器414,415゜505及び506で検出して用
いる。
まず、ロータの部材の温度分布を求める。
2次過熱器出ロヘッダ管寄部405Aと同様に無限円柱
とみなすと、ロータの温度分布は前記(1)式で与えら
れる。
とみなすと、ロータの温度分布は前記(1)式で与えら
れる。
ただし、α:ロータIの温度伝導率
T:時刻t、0−タ軸がら半径rの点
のロータ内温度
次に、ロータの温度を求める。
仮にロータを半径方向に軸に平行に6分割し、かつ、蒸
気条件を前記囲及び1!j式を用いて、τ時間先のロー
タの表面温1Tf(t+τ)、ロータボア温度Tb(t
+τ)を求めると、 で与えられる。
気条件を前記囲及び1!j式を用いて、τ時間先のロー
タの表面温1Tf(t+τ)、ロータボア温度Tb(t
+τ)を求めると、 で与えられる。
λJ Bt:第1没後蒸気の熱伝導率
N6:ヌーセルト数
さらに、上記N、は、
で与えられる。
ここに、δ:パッキン間隙
’1’l[lT:第1没後蒸気温度
である。
上dCの温度分布に基づく熱応力予測値は、次のように
与えられる。すなわち、ロータ表面熱応力Of及びロー
タボアの熱応力σbは、 である。
与えられる。すなわち、ロータ表面熱応力Of及びロー
タボアの熱応力σbは、 である。
ただし、’I MS Sロータ表面での体積平均温度’
1”MB:ロータボアでの体積平均温度以上説明してき
たように熱応力を詩、出することができる。
1”MB:ロータボアでの体積平均温度以上説明してき
たように熱応力を詩、出することができる。
上記説明からも理解できるように、蒸気子側の正確さが
熱応力を算出するには重要な要素であるといえよう。
熱応力を算出するには重要な要素であるといえよう。
次に、以上で求まる熱応力予測計算を用いたプラント起
動方法について第4図を用いて説明する。
動方法について第4図を用いて説明する。
第4図は、前記火力発電プラントのプラント起動曲Mを
示す波形図である。M4図において、横軸は時間tを示
し、縦軸は各挿置の大きさを示す。
示す波形図である。M4図において、横軸は時間tを示
し、縦軸は各挿置の大きさを示す。
第4図において、符号MSTは主蒸気fU[(C1、T
Vはタービン速度(RPM)、PLは負荷(MW>、ま
た時刻1.は点火、時刻t2は通気、時刻t3は併入、
時刻t4は弁切換、の荷時間を示している。
Vはタービン速度(RPM)、PLは負荷(MW>、ま
た時刻1.は点火、時刻t2は通気、時刻t3は併入、
時刻t4は弁切換、の荷時間を示している。
1) ボイラ点火(1+)からタービン通気(t2)直
前。
前。
この期間は、タービン502には通気をしていないので
、タービン502に関係なく、ボイラ熱応力tFr’8
値一杯にしてボイラの昇温・昇圧;Ul」岬を行うこと
ができる。
、タービン502に関係なく、ボイラ熱応力tFr’8
値一杯にしてボイラの昇温・昇圧;Ul」岬を行うこと
ができる。
II) タービン通気(t2 )から併入(t3 )
まで。
まで。
この期向は、タービン本体の諸々の制約、例えば危険速
度の振動の問題等、制約が多く、タービン502を中心
として起!vI運転することが望ましい。これは、ター
ビン熱応力を予測計算し、その許容1直内で、最大の昇
速率を選択し、短時間で昇速することを意味している。
度の振動の問題等、制約が多く、タービン502を中心
として起!vI運転することが望ましい。これは、ター
ビン熱応力を予測計算し、その許容1直内で、最大の昇
速率を選択し、短時間で昇速することを意味している。
したがって、仁の期間におけるボイラ制御は、タービン
熱応力許容値内で最大昇温・昇圧制御を行わざるをえな
い。
熱応力許容値内で最大昇温・昇圧制御を行わざるをえな
い。
111)併入(ig)から加減弁切換完了(t4 )ま
で。
で。
この期間においては、ボイラ温度が大きく変動しやすい
ものの、他方タービン502としては負荷変化が比較的
小さいという傾向を呈することから、ボイラシステム4
0は熱応力許容値で最大の昇温・昇圧率を選択しこれら
選択値に基づいて昇温・昇圧制御を行わせる。このよう
な条件下において、タービン熱応力IrF8値内に入る
初負荷Ir(、弁切換から負荷までの負荷上昇、弁切換
負荷と負荷上昇パターン制tillを行うこととする。
ものの、他方タービン502としては負荷変化が比較的
小さいという傾向を呈することから、ボイラシステム4
0は熱応力許容値で最大の昇温・昇圧率を選択しこれら
選択値に基づいて昇温・昇圧制御を行わせる。このよう
な条件下において、タービン熱応力IrF8値内に入る
初負荷Ir(、弁切換から負荷までの負荷上昇、弁切換
負荷と負荷上昇パターン制tillを行うこととする。
1v)加減弁切換児了(t4 )から全負荷(t5 )
まで。
まで。
この期間は、ボイラとしては定格然気条件に極力早く、
また、タービンとしては最短で全負荷をとるように制御
する必要があるのはいうまでもない。
また、タービンとしては最短で全負荷をとるように制御
する必要があるのはいうまでもない。
したがって、ボイラ熱応力とタービンの熱応力の計算値
に対する余裕度の小さい方で主To11ν1を行い、他
はこれに追従制御をさせる。
に対する余裕度の小さい方で主To11ν1を行い、他
はこれに追従制御をさせる。
上述のことを具体的に説明すると、例えば、タービン熱
応力許容値が小さい場合、タービン熱応力許容値内での
最大の負荷五化率、昇温率、外圧率を選択し、これをも
って制御を行い、ボイラシステム、40は他のプラント
状態変化率で制御せしめる。
応力許容値が小さい場合、タービン熱応力許容値内での
最大の負荷五化率、昇温率、外圧率を選択し、これをも
って制御を行い、ボイラシステム、40は他のプラント
状態変化率で制御せしめる。
なお、運転条件によっては、負荷又は蒸気条件を最短で
定格に制御したい場合がある。
定格に制御したい場合がある。
+YJ者に対しては、タービン熱応力の許容値内での最
大負荷変化率を選択し、昇温率、昇圧率はその負荷に追
従させる。
大負荷変化率を選択し、昇温率、昇圧率はその負荷に追
従させる。
一方、後者に対しては、ボイラ熱応力許容値内での最大
昇温外圧率を選択し、その蒸気条件下で、最大負荷変化
率を選択して制御することとする。
昇温外圧率を選択し、その蒸気条件下で、最大負荷変化
率を選択して制御することとする。
以上1)〜+V >に説明してきたように火力発電プラ
ントの運転状態に対応して熱応力に余裕をもち、安全か
つ、最短時間での起動ができるように運転する。
ントの運転状態に対応して熱応力に余裕をもち、安全か
つ、最短時間での起動ができるように運転する。
上記説明をまとめてみると、要するに、本発明に係る運
転制御方法は、ボイラタービンの起動運転時の状況に応
じて主に応力許容値との偏差が小さい方で最大プラント
状態変化率を選択し、これをもってボイラ又はタービン
を制御し他はこれに追従制御される。
転制御方法は、ボイラタービンの起動運転時の状況に応
じて主に応力許容値との偏差が小さい方で最大プラント
状態変化率を選択し、これをもってボイラ又はタービン
を制御し他はこれに追従制御される。
上述の運転制御方法を第5図に示すブロックを用いて説
明する。
明する。
プラント起動に当って、ステップ200では、運転員1
が操作盤10を介して計7v機20の記憶装置の運転パ
ラメータ設定エリアに、プラント起動パターン及び運転
パターン、ボイラ(2次過熱器ヘッダ管寄部)熱応力i
i’f 8値、高圧タービン(m1段ラビリンスパツキ
ン部)ローフ熱応力許容値等の運転パラメータを設定す
る。ステップ201では、該記憶装置の所定のエリア部
に設定されたプラント起動及び運転パターンに基づき、
タービン502の負荷変化率及び昇速率と、ボイラシス
テム40の昇温率及び昇圧率等の運転パラメータの最大
値をnQ憶装置の他のエリアに仮に設定してステップ2
02に移る。次に、ステップ202では、どの程度光の
熱応力を予測して制御すべきかを、すなわち予測時間を
決定してステップ203に移る。ここで、ステップ20
2における予測時間は、応力評価部(例えば、該管寄部
405A、該ラビリンスパツキン部541)’Jの熱伝
達量の大きさで、すなわちプラントの運転状態をもって
決定するものとする。ステップ203では、前記決定し
た予測時間に基づき、蒸気条件を、例えば前述の(16
)、t19式を用いて予測計算を行いステップ204に
移る。ステップ204では、この蒸気栄件予測値に基づ
きボイラシステム40の応力計画部(2次過熱器ヘッダ
管寄部)の昌度分布をinして205に移行する。ステ
ップ205では、その計p、結呆から、2次過熱器熱応
力予測値を求める(これは上記仮設定した変化率での熱
応力予測値となる)。次に206で、運転員lによシ計
n磯20の記憶装置の設定エリアに設定された熱応力許
容値との余裕値を求め、ステップ207に移る。次にス
テップ204乃至206と同様に、ステップ207乃至
209において、タービンロータに関しても熱応力を求
め、最終的に熱余裕値を求め4t7!:a2oの記憶装
置の所定の設定エリアに余裕値を格納する。しかして、
ステップ206及び209において求め、かつ計n+A
20の記憶装置の所定の設定エリアに格納した2次過熱
器405A及びタービンロータ541の6各の熱応力許
容値の余裕値をステップ210にて取り込み、余裕値の
より小さい方を、すなわち低値を選択してステップ21
1に移る。ステップ211では、第4図の説明の如く、
どの期間の運転かを判定するとともに、前述iV)項の
期間の場合は負荷上昇最短又は蒸気条件の最短時間での
定格値までの昇温、外圧等の優先条件を評価する、。
が操作盤10を介して計7v機20の記憶装置の運転パ
ラメータ設定エリアに、プラント起動パターン及び運転
パターン、ボイラ(2次過熱器ヘッダ管寄部)熱応力i
i’f 8値、高圧タービン(m1段ラビリンスパツキ
ン部)ローフ熱応力許容値等の運転パラメータを設定す
る。ステップ201では、該記憶装置の所定のエリア部
に設定されたプラント起動及び運転パターンに基づき、
タービン502の負荷変化率及び昇速率と、ボイラシス
テム40の昇温率及び昇圧率等の運転パラメータの最大
値をnQ憶装置の他のエリアに仮に設定してステップ2
02に移る。次に、ステップ202では、どの程度光の
熱応力を予測して制御すべきかを、すなわち予測時間を
決定してステップ203に移る。ここで、ステップ20
2における予測時間は、応力評価部(例えば、該管寄部
405A、該ラビリンスパツキン部541)’Jの熱伝
達量の大きさで、すなわちプラントの運転状態をもって
決定するものとする。ステップ203では、前記決定し
た予測時間に基づき、蒸気条件を、例えば前述の(16
)、t19式を用いて予測計算を行いステップ204に
移る。ステップ204では、この蒸気栄件予測値に基づ
きボイラシステム40の応力計画部(2次過熱器ヘッダ
管寄部)の昌度分布をinして205に移行する。ステ
ップ205では、その計p、結呆から、2次過熱器熱応
力予測値を求める(これは上記仮設定した変化率での熱
応力予測値となる)。次に206で、運転員lによシ計
n磯20の記憶装置の設定エリアに設定された熱応力許
容値との余裕値を求め、ステップ207に移る。次にス
テップ204乃至206と同様に、ステップ207乃至
209において、タービンロータに関しても熱応力を求
め、最終的に熱余裕値を求め4t7!:a2oの記憶装
置の所定の設定エリアに余裕値を格納する。しかして、
ステップ206及び209において求め、かつ計n+A
20の記憶装置の所定の設定エリアに格納した2次過熱
器405A及びタービンロータ541の6各の熱応力許
容値の余裕値をステップ210にて取り込み、余裕値の
より小さい方を、すなわち低値を選択してステップ21
1に移る。ステップ211では、第4図の説明の如く、
どの期間の運転かを判定するとともに、前述iV)項の
期間の場合は負荷上昇最短又は蒸気条件の最短時間での
定格値までの昇温、外圧等の優先条件を評価する、。
しかして、その結呆をステップ212に与える。
ステップ212では、運転員1により設定された熱応力
許容値と比較し熱応力許容値以下で、かクプラント状態
変化率が最大となるプラント運転パラメータを選択し、
計11機20の記憶装置の所定の設定エリアに仮設定さ
れたプラント状態変化率の値を修正させる。さらに、ス
テップ212では、ボイラ蒸気温度制御機能220に、
昇温率及び昇圧率を与える。また、ステップ212では
、タービン昇速負荷制御機能230に、昇速率及び負菊
変化率を与える。このような、動作をステップ212で
行いステップ213に移る。ステップ213では、上記
プラント状態変化率設定値を1足する毎に目標値(起動
又は運転の完了)に到達したかどうかを判定し、目標値
に達しない場合は、ステップ201に移る。またステッ
プ213で目標値に達した場合は、当該処理を終了とす
る。
許容値と比較し熱応力許容値以下で、かクプラント状態
変化率が最大となるプラント運転パラメータを選択し、
計11機20の記憶装置の所定の設定エリアに仮設定さ
れたプラント状態変化率の値を修正させる。さらに、ス
テップ212では、ボイラ蒸気温度制御機能220に、
昇温率及び昇圧率を与える。また、ステップ212では
、タービン昇速負荷制御機能230に、昇速率及び負菊
変化率を与える。このような、動作をステップ212で
行いステップ213に移る。ステップ213では、上記
プラント状態変化率設定値を1足する毎に目標値(起動
又は運転の完了)に到達したかどうかを判定し、目標値
に達しない場合は、ステップ201に移る。またステッ
プ213で目標値に達した場合は、当該処理を終了とす
る。
以上述べたように、本発明によれば、熱応力を許容値以
下に抑えながら、ボイラ・タービンの協調制御をできる
ので、安全かつ急速なプラント起動及び運転が可能とな
るという効果がある。
下に抑えながら、ボイラ・タービンの協調制御をできる
ので、安全かつ急速なプラント起動及び運転が可能とな
るという効果がある。
第1図は本発明に係る火力発電プラントの運転制御方法
が適用される火力発・亀プラントの構成を示すブロック
図、第2図はボイラシステムの応力評価部の熱応力発生
及びその算定を説明するために示す図、第3図はタービ
ンシステムの応力評価部の熱応力発生及びその算定を説
明するために示す図、第4図は火力発電プラントの起動
曲線を示す線図、第5図は本発明に係る火力発電プラン
トの運転制御方法の一例を示すフローチャートである。 1・・・運転員、10・・・操作盤、20・・・計算機
、30・・・ミルシステム、40・・・ボイラシステム
、50・・・タービン発電機システム。 代理人 弁理士 鵜沼辰之 芽2 目 20 $3目 、。 $ 4 目
が適用される火力発・亀プラントの構成を示すブロック
図、第2図はボイラシステムの応力評価部の熱応力発生
及びその算定を説明するために示す図、第3図はタービ
ンシステムの応力評価部の熱応力発生及びその算定を説
明するために示す図、第4図は火力発電プラントの起動
曲線を示す線図、第5図は本発明に係る火力発電プラン
トの運転制御方法の一例を示すフローチャートである。 1・・・運転員、10・・・操作盤、20・・・計算機
、30・・・ミルシステム、40・・・ボイラシステム
、50・・・タービン発電機システム。 代理人 弁理士 鵜沼辰之 芽2 目 20 $3目 、。 $ 4 目
Claims (1)
- 1、与えられたプラントの起動及び運転の各パターンに
基づいて得たプラント運転パラメータに従って蒸気発生
装置及びタービンの運転を制御する火力発電プラントの
運転制御方法において、上記パターンに基づいてタービ
ンの昇速率及び負荷変化率と、蒸気発生装置の主蒸気昇
温率及び主蒸気昇圧率との各プラント状態変化率に関す
るプラント運転パラメータを仮り設定し、該設定された
プラント状態変化率を基に指定時間後の主蒸気の状態量
の変化率を予測し、この予測値をもって蒸気発生装置及
びタービンの応力評価部の各熱応力をそれぞれ予測し、
該予測された画然応力を予め設定された1回の起動及び
運転で許容される寿命消費址に応じて定めた各熱応力許
容値と比較し、許容値との差の小さい方で上記の如く設
定されたプラント状態変化率が最大となる運転パラメー
タを得ると共に、目標制御状態となるまで上記行程を繰
シ返し、かつ得られたプラント運転パラメータをもって
蒸気発生装置及びタービンの運転を制御する火力発電プ
ラントの運転制御方法。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP58106271A JPS59231604A (ja) | 1983-06-14 | 1983-06-14 | 火力発電プラントの運転制御方法 |
US06/618,676 US4558227A (en) | 1983-06-14 | 1984-06-08 | Method of controlling operation of thermoelectric power station |
DE8484106819T DE3482200D1 (de) | 1983-06-14 | 1984-06-14 | Methode zum steuern des betriebs eines thermoelektrischen kraftwerks. |
EP84106819A EP0128593B1 (en) | 1983-06-14 | 1984-06-14 | Method of controlling operation of thermoelectric power station |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP58106271A JPS59231604A (ja) | 1983-06-14 | 1983-06-14 | 火力発電プラントの運転制御方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS59231604A true JPS59231604A (ja) | 1984-12-26 |
JPH0521241B2 JPH0521241B2 (ja) | 1993-03-23 |
Family
ID=14429414
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP58106271A Granted JPS59231604A (ja) | 1983-06-14 | 1983-06-14 | 火力発電プラントの運転制御方法 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4558227A (ja) |
EP (1) | EP0128593B1 (ja) |
JP (1) | JPS59231604A (ja) |
DE (1) | DE3482200D1 (ja) |
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