JPS5944506B2 - 地熱蒸気タ−ビンの制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、地熱蒸気タービン特ｔこ２段の気水分離器を
有する地熱蒸気タービンの制御装置に関する。

地熱エネルギを利用する発電のうち最も実用的なものは
、地下から噴出する蒸気を直接タービンに流入させて発
電する方法であるが、この場合地熱エネルギの有効利用
が重要となる。

一般に、地下から噴出するのは蒸気と熱水とであり、こ
のうち蒸気のみを分離してタービンに流入させるととも
に、残りの熱水からはこれをさらに気水分離器に入れて
低圧の蒸気を取り出し、この低圧蒸気をタービンの途中
段落に流入させることによって、地熱エネルギを有効に
利用することが行なわれている。

このようなものを２段フラッシュ蒸気タービンという。

ところで、上記２段の気水分離器には蒸気タービンに安
定した蒸気を供給するため圧力制御装置が設けられてい
る。

しかし、従来この圧力制御装置はタービンとは関係なく
独立した制御装置であり、タービン側の負荷変動により
圧力が大きく変動したり、また地熱の噴出蒸気と熱水と
の割合が変化した時にはエネルギを有効に利用すること
ができず、地熱エネルギの一部を無駄にせざるを得ない
ことが多かった。

すなわち、第１図は一般的な２段フラッシュ形地熱ター
ビンの系統図であって、地熱井戸１から噴出した蒸気お
よび熱水は、第１段の気水分離器２で蒸気とドレンとに
分離され、その蒸気は高圧主蒸気止め弁３および高圧加
減弁４を経てタービン５に供給される。

一方、第１段の気水分離器２で分離されたドレンは、ド
レン水位調整弁６を経て第２段の気水分離器７に供給さ
れる。

上記第２段気水分離器７の圧力は第１段気水分離器２の
圧力より低くしてあり、そのため上記第２段気水分離器
７に流入したドレンの一部はそこで蒸発して低圧蒸気と
なり、低圧主蒸気止め弁８および低圧加減弁９を経て前
記タービン５の途中段落に供給される。

タービン５において膨張して仕事を行なった蒸気は復水
器１０で復水せしめられ、環元井戸１１から地中に戻さ
れる。

この場合、上記復水器１０には、復水の一部をポンプ１
２を介してクーリングタワー１３に送りそこで冷却され
た水を冷却水として供給される。

また、第２段の気水分離器７で分離されたドレンは水位
調整弁１４を経て環元井戸１３によって地中に戻される
。

ところで、第１段の気水分離器２の蒸気圧力は、その第
１段の気水分離器２からの蒸気供給導管に設けられた第
１の逃し弁１５を圧力検出調整装置１６により開度制御
することにより、蒸気の一部を大気中に放出したり、或
は高圧蒸気の一部を減圧弁１７を介して第２の気水分離
器７からの低圧蒸気中に合流せしめることによって制御
される。

同様に、第２段の気水分離器７の圧力は、その気水分離
器からの蒸気供給導管に設けられた第２の逃し弁１８を
圧力検出調整装置１９によって開閉することによって制
御される。

タービン５の高圧加減弁４および低圧加減弁９は、調速
装置２０によって制御され、その回転数および負荷の制
御が行なわれ、第２図に示すように、それぞれ回転数負
荷制御信号に応じてその弁開度がほぼ直線的に制御され
、気水分離器の圧力制御とは無関係に制御される。

すなわち、気水分離器の蒸気圧力は、タービン側の蒸気
流入量が変化した時でも一定になるように両逃し弁１５
および１８によって制御され、一方タービンは一定圧力
の蒸気を前提として負荷要求によって加減弁の開閉制御
が行なわれている。

したがって、両逃し弁１５．１８からは常に成程度の蒸
気が放出されており、その分蒸気エネルギを無駄にして
捨ててることになる。

また、タービン負荷しゃ断等負荷に急に急激な変化があ
った場合には、圧力が上昇してから圧力制御系が作動す
るため、圧力の過渡的変化が大きすぎ、気水分離器にと
ってもタービンにとっても好ましくない。

さらに、地中から噴出する蒸気と熱水の比率が変化した
時、例えば高圧蒸気の量が増加し、低圧蒸気の量が減少
したような状態のときには、高圧蒸気の逃し量を増加さ
せるか、減圧弁１７を手動調整して低圧ラインに蒸気を
流してできるだけ蒸気を有効に使用する必要がある。

したがって、前者の場合蒸気の無駄が多くなり、後者の
場合には発生蒸気の量が変化する毎に減圧弁１７を手動
調整する必要があり、その操作が繁雑である等の不都合
がある。

本発明はこのような点に鑑み、気水分離器の蒸気圧力制
御とタービンの制御装置とを組み合わせ、地熱エネルギ
を有効に利用できるとともに、制御性のよい地熱タービ
ン制御装置を提供することを目的とする。

以下、第３図および第４図を参照して本発明の一実施例
について説明する。

なお、第１図と同一部分については同一符号を付し、そ
の詳細な説明は省略する。

第３図において、符号２１は制御回路であって、この制
御回路２１には、第１段気水分離器２の圧力検出調整装
置１６からの蒸気圧力制御信号１６ａ、第２段気水分離
器７の圧力検出調整装置１９からの蒸気圧力制御信号１
９ａ、および調速装置２０からのタービン回転数負荷制
御信号２０ａがそれぞれ印加され、この制御回路２１か
らの出力信号によって高圧加減弁４、低圧加減弁９、減
圧弁１７、および第２段気水分離器７の逃し弁１８を制
御するようにしである。

上記制御回路２１は第４図に示すように構成されている
。

すなわち、タービンの回転数と回転数設定値との差を増
幅し、また系統併入後は負荷設定信号を加えた加減弁開
度要求信号であるタービン回転数負荷制御信号２０ａは
、第１の低値優先回路２２に印加され、またその第１の
低値優先回路２２には蒸気圧力制御信号１６ａが印加さ
れており、両信号の低値信号が高圧加減弁４への制御信
号として出力される。

上記第１の低値優先回路２２からの出力信号はまた、関
数２３を経て第２の低値優先回路２４に加えられ、さら
にその第２の低値優先回路２４には前記第２段気水分離
装置の蒸気圧力制御信号１９ａと後述する減算器２５の
出力信号との加算信号が印加されており、両信号の低値
信号が低圧加減弁９への制御信号として出力するように
しである。

また、前記蒸気圧力制御信号１６ａと第１の低値優先回
路２２の出力信号とが減算器２５で合流せしめられ、蒸
気圧力制御信号１６ａの値から第１の低値優先回路２２
からの出力信号の値を減じた信号によって減圧弁１７が
制御される。

しかして、回転数負荷制御信号２０ａより蒸気圧力制御
信号１６ａの方が小さいときには、第１の低値優先回路
２２の出力は蒸気圧力制御信号１６ａとなり、高圧加減
弁４は蒸気圧力制御信号によって制御される。

つまり第４段気水分離器２の圧力が高くなれば高圧加減
弁４が開いて圧力制御が行なわれる。

一方、このとき減算器２５への入力信号は両方とも蒸気
圧力制御信号１６ａとなるため、減算器２５からの出力
は０であり、減圧弁１７は全閉状態に制御される。

また、回転数負荷制御信号２０ａが蒸気圧力制御信号１
６ａより小さい時は、第１の低値優先回路２２からの回
転数負荷制御信号２０ａが出力し、その信号によって高
圧加減弁４が制御され、一方両信号の差だけ減算器２５
の出力が増加し、この分減圧弁１７が開かれ第１段気水
分離器２の圧力制御が行なわれることとなる。

同様にして、第２段気水分離器７の蒸気圧力制御信号１
９ａと減算器２５からの出力信号との加算信号と、回転
数負荷制御信号２０ａから関数を経由した信号のうち低
い力の信号によって低圧加減弁９が制御され、また、第
２の低値優先回路２４からの出力信号と、蒸気圧力制御
信号１９ａおよび減算器２５からの出力信号の加算信号
とが減算器２６で減算され、その差信号によって第２段
気水分離器７の第２の逃し弁１８の制御が行なわれる。

このように、蒸気圧力制御信号１９ａには減算器２５か
らの出力信号が加算器２７で加えられているので、減圧
弁１７が開いた時に第１段気水分離器２の蒸気ラインか
ら第２段気水分離器７の蒸気ラインに流入する蒸気流量
が先行的に制御信号として第２段気水分離器の蒸気圧力
制御信号に加えられることとなり、それによって過渡特
性が改善される。

本発明は上述のように構成されているので、先ずタービ
ン起動前は回転数負荷制御信号２０ａが０であることに
よって、高圧加減弁４および低圧加減弁９はともに全開
となっている。

また、第１段気水分離器２の蒸気圧力制御信号１６ａに
よって減圧弁１７が開かれ、蒸気を第２段気水分離器ラ
インに逃すことにより圧力制御が行なわれ、第２段気水
分離器７において発生する蒸気と減圧弁１７を経て流入
する蒸気は第２の逃し弁１８から放出され、第２段気水
分離器７の蒸気圧力が制御されている。

この状態からタービンが起動され、回転数が上昇し負荷
をとって行く過程では、回転数負荷制御信号２０ａが除
々に上昇し、第１の低値優先回路２２および第２の低値
優先回路２４を経て高圧加減弁４および低圧加減弁９に
それぞれ開信号が与えられ、両加減弁４，９が開かれて
行く。

この時点では２つの低値優先回路は回転数負荷制御信号
２０ａからの信号が優先しており、この信号によって上
述のように高圧加減弁４および低圧加減弁９が開くと、
その号笛１段気水分離器２の蒸気ラインから第２段気水
分離器の蒸気ラインへ、或は第２段気水分離器から大気
へ流出する蒸気流量が少なくてすむようになるが、流出
流量が増加して固気水分離器の圧力が低下し、蒸気圧力
制御信号のみによって減圧弁１７や第２の逃し弁１８の
開度が閉方向に作動される以前に、両加減弁４，９への
出力信号が減算器２５および２６に印加されているので
、両派算器２５．２６からの出力信号によって減圧弁１
７および第２の逃し弁１８が閉方向に制御され、すなわ
ち圧力制御に先行して回転数負荷制御信号２０ａにより
両弁が制御され、過渡的偏差の発生が最小にとどめられ
る。

なお、第２段気水分離器７の圧力制御に対しては、低圧
加減弁９からタービンに流入する蒸気の他に、第１段気
水分離器の蒸気ラインから減圧弁１γを経て流れて来る
蒸気量の変化も外乱要因となるが、この信号も加算器２
７に先行制御信号として入っているので、これによる過
渡的偏差も防止される。

ところで、タービン負荷上昇に伴なって、タービンへの
流入蒸気量が増加し、減圧弁１７および第２の逃し弁１
８の流量が減少し、やがて減圧弁１７および第２の逃し
弁１８が全閉となり、固気水分離器で発生した蒸気が全
てタービンに流入するようになる。

この時はつまり蒸気圧力制御信号１６ａ、１９ａが回転
数・負ＭＩＪ御信号２０ａより低値となり、第１の低値
優先回路２２および第２の低値優先回路２４を経た上記
両蒸気圧力制御信号によってそれぞれ高圧、低圧両加減
弁４，９が制御されるようになる。

このようにして通常運転中はこの状態で制御されており
、地熱蒸気は有効に利用される。

−力、この通常運転中に地熱発生蒸気と熱水の割合が大
きく変化した場合、例えば蒸気量が増加して第１段気水
分離器２の蒸気が増え、第２段気水分離器７の蒸気が減
少すると、蒸気圧力制御信号１６ａが増加し、これがタ
ービンの限界以上になると、第１の低値優先回路２２か
らは回転数・負荷制御信号２０ａが高圧加減弁４に印加
され、高圧加減弁４は回転数・負荷制御信号によって制
御されるようになる。

一方、減圧弁１７は減算器２５からの出力信号によって
開方向に匍］御され、第１段気水分離器２の圧力制御が
行なわれ、上記減圧弁１７を経た蒸気が第２段気水分離
器７からの蒸気とともに低圧加減弁９を経てタービンに
流入する。

この場合、上記減圧弁１７を流れる蒸気によって第２段
気水分離器７の圧力も影響を受けるが、減圧弁開度信号
が先行信号として蒸気圧力制御信号１９ａに加えられて
いるので、減圧弁の開動作とともに低圧加減弁９および
第２の逃し弁１８が制御され、過度的な偏差の発生が防
止される。

逆に、熱水の割合が増加し、第２段気水分離器７の蒸気
が増加して蒸気圧力制御信号１９ａの要求信号が関数２
３で定められた限界値以上になると、低圧加減弁９は回
転数・負荷制御信号によって制御されるようになるとと
もに、減算器２６を経た蒸気圧力制御信号１９ａによっ
て第２の逃し弁１８が開放され、不要の蒸気が放出され
る。

また、通常運転中にタービン負荷しゃ断或は大きな負荷
変動で回転数が異常上昇するような事態が起ると、回転
数・負荷制御信号２０ａによって両加減弁４，９が閉鎖
方向に制御され、同時にその信号によって減圧弁１７お
よび第２の逃し弁１８が開かれ圧力制御が行なわれる。

以上説明したように、本発明においては、第１段気水分
離器の圧力制御信号とタービン回転数・負荷制御信号と
の低値信号によって高圧加減弁制御信号を出力する第１
の低値優先回路と、上記第１段気水分離器の圧力制御信
号と上記低値優先回路からの出力信号との差によって減
圧弁を制御する減圧弁制御装置と、第２段気水分離器の
圧力制御信号と第１の低値優先回路からの低圧加減弁開
度要求信号との低値信号によって低圧加減弁制御信号を
出力する第２の低値優先回路と、第２段気水分離器の圧
力制御信号と第２の低値優先回路からの出力との差によ
って第２段気水分離器の逃し弁を制御する逃し弁開度制
御装置とを設けたので、回転数制御と圧力制御とが効果
的に組合わされ、地中から噴出する蒸気と熱水の比率の
変化時或は負荷しゃ断時等においても、減圧弁をその都
度手動調整したり、或は多量の蒸気を無駄に放出するよ
うなこともなく、地熱蒸気を有効に利用でき、また過度
的に制御偏差が生ずることもなく、常に安定した制御を
行なうことができる等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の地熱蒸気タービン制御装置の系統図、第
２図は加減弁の開度と回転数・負荷制御信号との関係線
図、第３図は本発明の地熱蒸気タービンの制御装置の系
統図、第４図は制御回路の詳細系統図である。 １・・・・・・地熱井戸、２・・・・・・第１段気水分
離器、４・・・・・・高圧加減弁、５・・・・・・ター
ビン、７・・・・・・第２段気水分離器、９・・・・・
・低圧加減弁、１５・・・・・・第１の逃し弁、１６・
・・・・・圧力検出調整装置、１７・・・・・・減圧弁
、１８・・・・・・第２の逃し弁、２１・・・・・・制
御回路、２２・・・・・・第１の低値優先回路、２４・
・・・・・第２の低値優先回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 第１段気水分離器の圧力制御信号とタービン回転数
   ・負荷制御信号との低値信号によって高圧加減弁制御信
   号を出力する第１の低値優先回路と、上記第１段気水分
   離器の圧力制御信号と上記低値優先回路からの出力信号
   との差によって減圧弁を制御する減圧弁制御装置と、第
   ２段気水分離器の圧力制御信号と上記低値優先回路から
   の低圧加減弁開度要求信号との低値信号によって低圧加
   減弁制御信号を出力する第２の低値優先回路と、第２段
   気水分離器の圧力制御信号と第２の低値優先回路からの
   出力信号との差によって第２段気水分離器の逃し弁を制
   御する逃し弁開度制御装置とを有することを特徴とする
   、地熱蒸気タービン制御装置。 ２ 第２段気水分離器の圧力制御信号には逃し弁制御信
   号が先行制御信号として加えられていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の地熱蒸気タービン制御装
   置。