JPS6124523B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はコンバインドプラント運転制御方法に
係り、特にコンバインドプラントの負荷変化によ
り大きく左右される蒸気タービンロータ熱応力を
抑制するコンバインドプラントの運転制御に関す
る。

ここでガスタービンを蒸気タービンとを組合せ
たコンバインドプラントの従来の運転方法につい
て説明する。

第１図において、ガスタービン１を経た排ガス
は、この排ガスを熱源とする蒸気発生器２に導か
れて蒸気を発生し、この発生蒸気が蒸気タービン
３を駆動する。前記蒸気タービン３から排出され
た蒸気は復水器４にて凝縮されて復水となり、復
水ポンプ５を経て再び蒸気発生器２に循環される
構成のコンバインドプラントである。そしてコン
バインドプラントの運転制御においては、負荷指
令装置９よりコンバインドプラントの出力要求信
号Ｌ_Dが発せられ、加算装置１１にてガスタービ
ン負荷６からのガスタービン出力Ｌ_Gと蒸気ター
ビン負荷７からの蒸気タービン出力Ｌ_sとの合計
出力Ｌを演算し、比較装置１０にて要求出力Ｌ_D
と合計出力Ｌ_sとの偏差を出力変化信号ΔＬとし
て演算する。そしてこの出力変化信号ΔＬはガス
タービン１の燃焼器１３に供給される燃料を制御
する燃料制御装置１２に伝えられ、そこで燃料制
御信号Ｆに変換されてガスタービンの負荷Ｌ_Gを
調節するようになつている。しかしながら、ガス
タービンの負荷調節は、ある一定の負荷変化率で
制御されており、これは蒸気タービンのロータ熱
応力を考慮に入れずに設定されていたものであ
る。

従来のコンバインドプラントの運転制御で蒸気
タービンのロータ熱応力を考慮しなかつた理由は
次の通りである。即ち、コンバインドプラントに
おいては、第２図に示すようにガスタービンの負
荷Ｌ_Gが変化すると、その排ガス温度Ｔ_Gが大きく
変動し、これに伴なつて蒸気タービンへの流入蒸
気温度が大幅に変化する。従つて第３図に示すよ
うに蒸気タービン負荷Ｌ_s及び蒸気タービン初段
後蒸気温度Ｔ_sが共に変化するために、蒸気ター
ビンのロータ熱応力制御が困難となるからであ
る。

一般的な火力プラントでは蒸気温度は一定であ
り、蒸気タービンの負荷を調節することでタービ
ン内部の蒸気温度を加減出来るため、もし熱応力
が発生した場合には、その熱応力をただちに許容
値内に抑える事が可能である。

しかし、コンバインドプラントにおいては、ガ
スタービンの出力変化時に、蒸気発生器の時定数
分だけ後から遅れて蒸気タービン負荷が変動し、
同時に蒸気温度自身も変動してしまうため、蒸気
タービンだけで熱応力を制御しようとしても、ま
つたく不可能であつた。

つまり、第４図に示す如くガスタービン負荷Ｌ
_GがΔｔ時間の内にΔＬ_G変化すると、排ガス温度
Ｔ_Gも同様にΔＴ_G変化するが、蒸気発生器の応答
遅れにより蒸気温度Ｔ_s及び蒸気タービン負荷Ｌ_s
の変化には時間遅れtdが生じて、このために例え
ば蒸気タービンの熱応力を監視していて前もつて
規定した制御値近くでガスタービンの負荷変化を
抑制しても、この時点では時間遅れのために既に
遅すぎて蒸気タービンの熱応力は制限値を越えて
しまうという不都合があり、制御上非常に難点が
あつた。

つまり蒸気タービンの熱応力を監視したとして
も、これは蒸気タービンの保護にはならなかつた
ものである。ところが近年、ミドル火力化におけ
る蒸気タービンのロータ熱応力による寿命消費管
理が重要視されてきており、当然のことながらコ
ンバインドプラントの蒸気タービンに対してもロ
ータ熱応力の管理が要求されることから早急にこ
の種の技術を確立する必要にせまられていた。

本発明の目的は、ガスタービンと蒸気タービン
とを組合せたコンバインドプラントにおける蒸気
タービンの寿命消費管理を可能にするコンバイン
ドプラントの運転制御方法を提供することにあ
る。

本発明の特徴とするところは、蒸気タービンの
寿命消費上の制御値であるロータ熱応力を管理す
るために、蒸気タービンの許容可能な負荷変化率
を規定し、これによつてガスタービンの負荷変化
を制御するようにしたコンバインドプラントの運
転制御方法にある。

次に本発明の一実施例であるガスタービンと蒸
気タービンとを組合せたコンバインドプラントの
運転制御方法について説明する。

第５図において、コンバインドプラントの概略
系統については第１図に示したものと同一である
ので説明を省略し、運転制御の内容について説明
する。図において、負荷指令装置９から発せられ
た出力要求信号Ｌ_Dは比較装置１０に入力され
る。ガスタービン１の負荷６からの出力信号Ｌ_G
及び蒸気タービン３の負荷７からの出力信号Ｌ_s
は、加算装置１１にてコンバインドプラントの出
力信号Ｌとして演算され、比較装置１０に入力さ
れてそこで出力要求Ｌ_Dと比較されることにな
る。そして比較装置１０にて演算された両者の偏
差信号、即ち出力変化信号ΔＬは、出力制御装置
１４に入力されて許容負荷変化率ΔＬ／Δｔを演算し、 この許容負荷変化率信号ΔＬ／Δｔが燃焼制御装置１２ に導かれて燃料制御信号に変換され、ガスタービ
ンの負荷を制御するようにしたものである。この
場合、排気ガスの温度変化により蒸気発生器２を
経た蒸気の温度、流量が変わり蒸気タービンの負
荷変化に進むものであるが、その際に蒸気条件及
び蒸気タービンの出力変化によつて蒸気タービン
のロータに熱応力が発生する。そこで、前記出力
制御装置１４によつてこの熱応力による蒸気ター
ビンの寿命消費を規定内に低減するようにしたも
のである。

つまり、第６図にランプ応答特性図を示すが、
入力信号Ａに対し、ある時定数分の遅れをもつた
応答信号Ｂが得られるが、これは丁度ガスタービ
ンの負荷変化に対する蒸気発生器での発生蒸気の
温度変化あるいは蒸気タービンの負荷変化に相当
している。これらの関係を具体的に示したものが
第４図である。すなわちガスタービン負荷Ｌ_Gが
ある時間幅Δｔで負荷変化ΔＬ_G変動した場合、
排ガス温度Ｔ_Gは温度変化ΔＴ_Gとなり、蒸気発生
器の時間遅れtdの後に蒸気温度Ｔ_s、蒸気タービ
ン負荷Ｌ_sがそれぞれ温度変化ΔＴ_s、負荷変化Δ
Ｌ_sを生ずる。

この一連の変化において各々の平均変化率は、
最大でガスタービンの負荷変化率と同等であり、
一般的にはさらに低くなることにより、以下に述
べる方法でプラント負荷変化時に蒸気タービンの
ロータに発生する熱応力を制限することが可能と
なる。

即ち、第７図において、ガスタービン負荷がＬ
_G1からＬ_G2に負荷変化ΔＬ_Gしたとき、排ガス温
度はＴ_G1からＴ_G2に温度変化ΔＴ_Gが生じる。そ
して第８図に示す如く蒸気タービンの負荷Ｌ_sも
ある時間（蒸気発生器の応答遅れ）tdだけ遅れて
負荷変化ΔＬ_sすると共に蒸気タービン初段後蒸
気温度ΔＴ_s（調整段を有しない蒸気タービンで
はタービン入口部蒸気温度に相当）も温度変化Δ
Ｌ_sが生ずる。実際には直線的特性ではないが、
代表的な平均勾配をもつて考えても大差はないも
のである。そしてこのときの蒸気タービン初段後
温度変化率をΔＴ_s／ΔＬ_sとする。

この温度変化ΔＴ_sに対し、許容できる温度変
化率を求める。

第９図に、ある温度変化巾ΔＴ_sに対し、蒸気
タービンとして許容可能な温度変化率ΔＴ_s／Δ
ｔを示す。

本図は、蒸気タービン個々に対しあらかじめ計
算にて求めることのできるメタル許容温度変化率
−温度変化巾制限特性であり、設定寿命消費率に
対し規定されるものである。

つまり、ある設定寿命消費率において蒸気ター
ビンの熱応力着目箇所における温度変化巾がΔＴ
_sとすると、このとき特られる最大許容温度変化
はΔＴ_s／Δｔを示すものである。

以上の条件より、蒸気タービンにおける最大許
容負荷変化率ΔＬ_s／Δｔは以下に示す式であら
わされる。

ΔＬ_ｓ／Δｔ＝ΔＴ_ｓ／Δｔ／ΔＴ_ｓ／ΔＬ_ｓ＝許容
温度変化率／初段後温度変化率 つまりプラント負荷がΔＬ_p変化したときの蒸
気タービンの負荷変化量をΔＬ_sとしたとき、蒸
気タービンの最大許容負荷変化率ΔＬ_s／Δｔは
蒸気タービンの初段後変化率ΔＴ_s／ΔＬ_sと、あ
る設定寿命消費率のとき許容温度変化率ΔＴ_s／
Δｔとで決定することができるものである。この
蒸気タービンの最大許容温度変化率ΔＬ_s／Δｔ
は蒸気タービンの負荷変化幅ΔＬ_sをパラメータ
として第１０図の如く表わせる。

また第１１図にプラント負荷Ｌ_pと蒸気タービ
ン負荷Ｌ_sの関係を示しているが、ほぼ直線的関
係であり、第１０図の特性をそのままコンバイン
ドプラントの許容負荷変化率として用いることが
可能である。

つまり前記特性より負荷変化量から許容負荷変
化率をいくらにしたらよいかを求める事が出来る
ものである。

従つて、この許容負荷変化率に基づいてガスタ
ービンの負荷を制御するようにすれば、蒸気ター
ビンの寿命消費管理を実現することが出来るもの
である。

本運転制御方法を用いることで、コンバインド
プラントとしてそのときの負荷変化において取り
得る最大負荷変化率にて運用が可能であり、本来
要求される迅速かつ柔軟性を損なうことなく、信
頼性、耐久性の面ではるかに優れたプラント運用
が可能となる。又、本実施例によれば、運転制御
を手動はもちろんプラント自動運転においても、
適正且つ安全なコンバインドプラントの運用が期
待できることは言うまでもない。

本発明によれば、ガスタービンと蒸気タービン
とを組合せたコンバインドプラントにて、蒸気タ
ービンの寿命消費管理を可能にしたコンバインド
プラントの負荷制御を実現できるという効果が奏
せられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のコンバインドプラントの運転制
御系統図、第２図はガスタービンの排ガス温度特
性図、第３図は蒸気タービンの初段後温度特性
図、第４図はガスタービン負荷変化時の排ガス、
蒸気温度および蒸気タービン負荷応答特性図、第
５図は本発明の一実施例であるコンバインドプラ
ントの運転制御系統図、第６図は一般的なランプ
応答特性図、第７図はガスタービンの排ガス温度
特性図、第８図は蒸気タービンの初段後温度特性
図、第９図は蒸気タービンの許容温度変化率特性
図、第１０図は許容負荷変化率制限特性図、第１
１図は蒸気タービン負荷とプラント負荷の関係図
である。 １……ガスタービン、２……蒸気発生器、３…
…蒸気タービン、６，７……負荷、９……負荷指
令装置、１０……比較装置、１１……加算装置、
１２……燃料制御装置、１４……出力制御装置、
１３……燃焼器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ガスタービンと、該ガスタービンの排ガスを
   熱源とする蒸気発生装置と、該蒸気発生装置から
   の発生蒸気で駆動される蒸気タービンとを有する
   コンバインドプラントの運転制御方法において、
   プラントの要求負荷と実負荷との負荷変化に応じ
   て蒸気タービンの許容負荷変化率を算出し、この
   負荷変化に基づいてガスタービン負荷を制御する
   ようにしたことを特徴とするコンバインドプラン
   トの運転制御方法。