JPS60524B2 - 複合サイクルプラントの出力制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は複合サイクルプラントの出力制御装置に関する
。

蒸気−ガス複合サイクルプラントは、ガスタービンの遠
応Ｉ性と、ガスタービンの緋熱を回収して蒸気タービン
を運転することによる高効率とを兼ね備えたプラントと
して脚光を浴びている。

通常これはガスタービンと緋熱回収ボィラとを組合わせ
たガスタービンボィラュニット複数台と、夫々の緋熱回
収ボィラより集められた蒸気により運転される蒸気ター
ビンとにより構成される。第１図に本発明の制御対象と
なる蒸気−ガス複合サイクルプラントのサイクル図を示
す。

第１図において、蒸気ーガス複合サイクルプラントはト
ガスタービン１、ガスタービン発電機２「助燃料ポンプ
３、助燃料調節弁４、緋熱回収ボィラ５、ポィラ出口弁
６、給水調節弁７、蒸気へッダ８、蒸気加減弁９、蒸気
タービン１０、蒸気タービン発電機１１、復水器１２、
復水ポンプ１３、脱気器１４、給水ポンプ１５よりなる
。ガスタービン１の出力は、ガスタービン発電機２によ
り電気出力に変換される。一方、ガスタービンーから排
出された排ガスは、緋熱回収ボィラ５に導かれる。緋熱
回収ボィラは、助燃料を該排ガス中に含まれる高温酸素
を用いて燃焼させることにより、ボィラ中の水を蒸発さ
せる。発生蒸気は、ボィラ出口弁６を介し、蒸気へッダ
８で他の排熱回収ボィラで発生した蒸気と合流して、蒸
気タービン１０に導かれる。蒸気タービン１０の出力は
、蒸気タービン発電機１ 竃もこより電気出力に変換さ
れる。蒸気タービン１０から排出された蒸気は復水器１
２で凝縮され復水ポンプ１３、脱気器１４、給水ポンプ
１５及び給水調節弁７を経て緋熱回収ポィラ５に戻る。
通常の負荷運転時には「ポィラ出口弁６は全開状態にな
っており給水調節弁７は緋熱回収ポィラ５の中のドラム
レベルを規定値に保持するように働き「更に蒸気加減弁
９は蒸気へッダ出口蒸気圧力を一定にするように働く。

このような構成による複合サイクルプラントの従来のプ
ラント出力制御装置のブロック線図を第２図に示す。こ
れはプラント出力要求値ＬＤを与えるためのプラント出
力設定器２１（系統に併入されているときには、中央給
電指令に相当する）、プラント出力要求値ＬＤとプラン
ト出力ＬＴとの偏差を求めるための減算器２２、比例積
分調節器２３（その出力はガスタービン出力要求信号Ｌ
ＧＲとなる）「ガスタービン出力要求信号ＬＧＲを一合
当りのガスタービン出力要求信号に変換する係数器５０
、ガスタービン手動運転時のガスタービン手動出力設定
器２４、ガスタービンの運転モードの切替を行なうため
の自動／手動切替器２５（自動運転モード時には、ガス
タービン出力要求値ＬＧＲをガスターピン出力設定値と
して減算器２６へ与える）、ガスタービン単体の運転を
統括するガスターピン制御装置２７、ガスタービン全出
力ＬＧＴを求めるための加算器２８、プラント出力ＬＴ
を求めるための加算器２９、ガスタービン発電機および
蒸気タービン発電機の出力発信器３０，３１、助燃料使
用領域を決める出力設定器３２、プラント出力要求値が
助燃料使用領域の設定値より大なるとき第７図に示すよ
うな偏差信号ＳＭを発生する信号発生器３３、助燃料の
手動設定器３５、功燃操作の自動／手動切替器３６、助
燃料偏差を求めるための減算器３７、助燃操作に必要な
助燃料調節弁４（第１図）や、図示せぬバーナ等を統括
制御する助燃料制御装置３８、助燃料発信器３９よりな
る。

上記のような従来の複合サイクルプラント出力制御装置
の場合、プラント出力要求が助燃を行なわない領域内（
第７図のＬＤＡ以下）で急激に変化した時トプラント出
力応答はいまろくの間速応性の良いガスタービンの出力
応答にのみ依存する為、ガスタービンの出力余裕が小さ
いと、速応性の欠けるプラント出力応答となることがあ
る。

この点を更に詳細に説明する。第３図ａ，ｂは説明を容
易にするためにガスタービン全出力に対する蒸気タービ
ン出力ゲインを０．５としたときの急激なプラント出力
増加要求に対するプラント出力応答を示すものである。

ＩＧＬはガスタービン許容出力制限値、ＩＴ，，ＩＴ２
はプラント出力値、ＩＧ，．ｉＧ２はガスタービン全出
力値、ｌｓ，，ｌｓ２は蒸気タービン出力値、添字の１
，２は応答の初期値ト整定値、ｔは時間を示す。第３図
ａはプラント低出力状態則ちガスタービン全出力ＬＧＴ
の出力余裕（ＩＧ，一１Ｇ，）が大きい状態において、
助燐を行なわない領域内（ＬＤＡ以下）で急激なプラン
ト出力要求信号ＬＤが与えられたときの応答である。

ｔｏの時点でプラント出力要求信号ＬＤがＩＴ，からＩ
Ｔ２へ急激に増加すると、ガスタービン出力要求信号Ｌ
ＧＲにより、ガスタービン全出力ＬＧＴが遠応し、プラ
ント出力を増加させる。いまらくして、ｔ，の時点にな
ると、ガスタービンからの排ガスが温度上昇し緋熱回収
ボィラの蒸発量を増加させ、蒸気タービン出力ＬｓＴが
徐々に増加する。この蒸気タービン出力応答の遅れは、
ボィラ入口ガス温度上昇に対するボィラの応答の遅れが
大きいためである。

ｔ，の時点ではガスタービン全出力ＬＧＴはＬ蒸気ター
ビン出力ＬｓＴの分を負担するため、プラント出力要求
Ｌｏに対応するガスタービン出力整定値ＩＧ２ に対し
てガスタービン全出力ＬＧＴはオーバースイングし、以
後蒸気タービン出力ＬｓＴの上昇に伴なつて減少する。

らの時点ではプラント出力ＬＴの応答はほぼプラント出
力要求値ＩＴ２ に一致し、らの時点ではｔ，時点のガ
スタービン出力ＬＧＴの過出力の影響が蒸気タービン出
力ＬｓＴに現われ、整定値Ｌｓ２に対して、わずかにオ
ーバースイングするが、ガスタービン出力ＬＧＴがこの
分を補償するように働き「ｔ４の時点でこれらの応答が
整定する。このようにガスターピン全出力の出力余裕が
大きい状態からのプラント出力増加要求に対しては蒸気
タービン出力応答の遅れをガスタービン出力が補償する
ためプラント出力応答の速応性はそこなわれないが、ガ
スタ−ビンのオーバースイングは大きく、このことは蒸
気タービンに比較し、短寿命のガスタービンをより疲労
させることになり、できるだけオーバースイングを抑え
るべきである。第３図ｂは、ガスタービン全出力ＬＧＴ
Ｉの出力余裕（ＩＧＬ−ＩＧ，）が小さい状態で、肋燃
料を使用しない領域内で急激なプラント出力信号ＬＤが
与えられたときのプラント出力応答を示す図である。

詳細な説明は第３図ａについての記載で述べたので、要
点のみ説明する。プラント出力要求値の上昇により、ガ
スタービン全出力ＬＧＴは遠応する。しかし、プラント
出力要求値に達しないうちにガスタービン出力制限値Ｉ
ＧＬに達するため（時点ら′）、それ以上の出力上昇は
蒸気タービン出力ＬｓＴの上昇を待たなくてはならない
。先に述べたように蒸気タービンの出力応答は遅くプラ
ント出力要求値に達するまで時間を要する。プラント出
力要求値ＩＴ２に一致した時点（ｔ２′）で蒸気タービ
ン出力ＬｓＴ！が上昇するにつれてガスタービン全出力
ＬＧＴは、ガスタービン出力制限値ＩＧＬよりも低下し
、出力整定値ＩＧ２ に整定する。このとき蒸気タービ
ン出力ＬｓＴもｌｓ２に整定する。このように、ガスタ
ービン全出力の出力余裕が小さい時トプラント出力増加
要求があった場合、プラント出力応答は出力応答の遅い
蒸気タービン出力に依存する為、速応性がそこなわれる
。なおプラント出力減少要求に対しても上述と同様の応
答が示される。

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をなくし、速
応性かつ安定性の高いプラント出力応答を行ない得ると
ともに、ガスタービン出力のオーバースイングを防止し
、ガスターピンの低疲労化を行ない得る複合サイクルプ
ラント出力制御装置を提供するにある。

本発明は、プラント出力要求値に、プラント出力に対す
るガスタービン出力分担比を案じた値をガスタービン出
力要求値とすることにより、ガスタービンのオーバース
イングを防止し、更にプラント出力偏差で先行的に助燃
料を制御しガスタービンのオーバースイングによる排ガ
ス温度上昇分を補い「若しくは過剰に助燃することによ
りボィラの応答を速めるようにしたものである。

以下「従来例との対比の為に、プラント出力要求値ＬＤ
が信号発生器３３からの偏差信号ＳＭを出じさせないよ
うな値で変化した場合における本発明の一実施例を示し
、詳細に説明する。

第４図は本発明によるプラント出力制御装置のフロツク
線図である。

第２図と同一記号のものは同一物を示し「プラント許容
出力値に対するガスタービン許容全出力値の比率、即ち
、出力ゲインを設定するための係数器４０、プラント出
力偏差を求めるための減算器４２、プラントの出力偏差
を助燃料要求信号ＳＢに変換するための比例調節器４３
、信号発生器３３からの偏差信号ＳＭと助燃料要求信号
ＳＢを加算し正値のときのみ加算信号Ｓを発生する加算
器４１を新たに含む。ここで係数器４０の出力は第１図
のＬＧＲと同じくガスタービン出力要求信号を意味する
が、異なる考え方により導出されたものであるのでここ
ではＬＧＲｒと表示する。このような構成において、急
激なプラント出力増加要求が与えられた時のプラント出
力応答を第５図に示す。同図において、ｔｏ″の時点で
プラント出力要求信号ＬＤがＩＴ，からＩＴ２へ急激に
増加すると、係数器４０もこよりガスタービン出力要求
信号ＬＧＲ‘（＝】Ｇ２）として与えられ、ガスタービ
ン全出力ＬＧＴは遠応する。一方、減算器４２の出力の
プラント出力偏差を比例調整器４３で修正し助燃料要求
信号ＳＢを求める。

助燃料要求信号ＳＢは、加算器４１、自動／手動切替器
３６及び減算器３７を通り修正助燃料要求信号Ｓとして
助燃料制御装置３８に与えられる。助燃料制御装置３８
は修正助燃料要求信号Ｓを受けて助燃を行い、ボィラ入
口ガス温度を上昇させボィラの蒸発量を増加させる。ガ
スタービン全出力ＬＧＴが目標出力値ＩＧ２に整定した
時点ｔ，″までは、助燃の影響により蒸気タービンの出
力は増加する。それ以後はＬガスタービンの排ガスの温
度上昇の影響を主に受け、蒸気タービンの出力は増加し
続ける。そして「プラント出力ＬＴがプラント出力要求
Ｌｏに整定すると、プラント出力偏差がなくなり助燃料
要求信号ＳＢが消滅し、（時点ｔ２″）〜蒸気タービン
はガスタービンの排ガス温度上昇分の出力増加により運
転される。本実施例によれば、ガス−蒸気複合サイクル
プラントは「上記のように運転されるので、以下のよう
な効果を有する。

１ プラント出力要求に対するガスタービン出力分担が
定まっており、ガスタービンは該分担出力分までしか出
力増加しない為、出力のスイングをせず疲労が少なくな
る。

２ プラント出力要求とプラント出力の偏差に応じた緋
熱回収ボィラの先行勤燃制御信号としている為、緋熱回
収ボィラの応答を早めることができる。

３ 上記のようにガスタービンの出力はプラント出力要
求に対する分担比で定められており、９Ｅ熱回収ボィラ
はプラント出力偏差で先行助燃される為、ガスタービン
の出力余裕が小さくても速いプラント出力応答が得られ
る。

なお、実施例では信号発生器３３からの偏差信号ＳＭが
発生しない状態での実施例を示したが、ＳＭが発生する
状態においても本発明は有効であることは明らかである
。

尚「第６図のように本発明を構成してもよい。

同図において第４図と同一信号は同一物を示す。ここで
は第４図ではプラント出力偏差（ＬＤ−ＬＴ）で助燃料
要求信号ＳＢを発生させていたものを「プラント要求信
号ＬＤとガスタービン出力要求信号ＬＧＲｌ′との偏差
を減算器４４で求め、この偏差を蒸気タービン出力目標
値とし、該蒸気タービン出力目標値（ＬＤ−ＬＧＲ′）
と蒸気タービン出力ＬｓＴとの偏差を減算器４５で求め
、次段の比例調節器４３で修正し、助燃料要求信号ＳＢ
としてもよい。さらに、第４図、第６図における比例調
節器４３を比例微分調整器又は比例積分調整器にしても
よい。

本発明によるガスタービンはオーバースイングすること
なく、遠応性に優れた複合サイクルの運転をおこなうこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の対象となる複合サイクルプラントの構
成図、第２図は複合サイクルプラントにおける従来のプ
ラント出力制御装置のブロック線図、第３図ａ，ｂは従
来のプラント出力制御装置によるプラント出力応答を示
す図、第４図は本発明によるプラント出力制御装置のブ
ロック線図、第５図は本発明のプラント出力制御装置に
よるプラント出力応答を示す図、第６図は本発明による
プラント出力制御装置の他の実施例を示す図である。 ２１…・・・プラント出力設定器、２４…・・・ガスタ
ービン手動出力設定器「 ２５・・・・・・自動／手動
切替器「 ２６・肌・・減算器、２７…・・・ガスター
ビン制御装置、２９・・…力ロ算器、３０……ガスター
ビン発電機出力発信器、３１・…・・蒸気タービン発電
機出力発信器、３２…・・・助燃可能領域出力設定器」
４０……係数器「 ４１…・・・加算器「 ４２…・・
，減算器「 ４３…・・・比例調節器。 多ｌ図 第２図 多３図 第４図 多ぶ菌 第三図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ガスタービン、その排ガスと助燃料とで給水を加熱
   し蒸気を発生させる排熱回収ボイラ、該ボイラの蒸気に
   より駆動される蒸気タービン、該蒸気タービンにより駆
   動される発電機、前記ガスタービンにより駆動される発
   電機とより成り、発電機の総出力をプラント出力要求信
   号に一致せしめるための複合サイクルプラントの出力制
   御装置であって、プラント出力要求信号に所定の比例ゲ
   インを乗じた値を目標値としてガスタービン出力を制御
   するガスタービン制御装置、プラント出力要求信号とそ
   のときの発電機総出力に対応した出力信号との偏差に応
   じて前記排熱回収ボイラの助燃料を制御する助燃料制御
   装置を備えることを特徴とする複合サイクルプラントの
   出力制御装置。