JP2007239580A - 火力発電プラントの性能診断方法、火力発電プラント性能データ算出プログラム及び火力発電プラント性能データ算出プログラムを記録した記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単に性能診断を行うことが可能な蒸気タービンに供給した蒸気の一部を抜出し他のプラントへ蒸気を供給する火力発電プラントの性能診断方法を提供する。
【解決手段】蒸気タービン１１に供給した蒸気の一部を抜出し他のプラントへ該蒸気を供給する火力発電プラント１０の性能診断方法であって、該火力発電プラント１０のプロセスデータに基づき、入出熱法を用いてボイラ効率を算出するとともに、他のプラントへ供給する蒸気熱量を補正した蒸気供給補正発電効率を算出し、算出した該ボイラ効率及び該蒸気供給補正発電効率と、ボイラ効率、蒸気供給補正発電効率及びタービン効率との関係からタービン効率を算出し、該ボイラ効率、該蒸気供給補正発電効率、及び該タービン効率に基づき該火力発電プラントの性能を診断する。
【選択図】図１

Description

本発明は、蒸気タービンに供給した蒸気の一部を抜出し他のプラントへ蒸気を供給する火力発電プラントの性能診断方法、これに用いる火力発電プラント性能データ算出プログラム及びこれを記録した記録媒体に関する。

火力発電プラントでは、ボイラで蒸気を作り、これを蒸気タービンに送り、蒸気タービンを駆動することで、蒸気タービンに連結された発電機を駆動し発電を行っている。蒸気タービンで仕事を行い、温度、圧力を低下させた蒸気は、復水器で冷却凝縮され復水となる。この復水は、復水ポンプを通じて給水加熱器に送られ、加熱された給水は、脱気器で給水中の不凝縮性ガスが除去され、ボイラ給水ポンプ等を介してボイラに返送される。このように火力発電プラントは、多くの機器で構成されており、各機器の性能は、プラント全体に大きな影響を与える。このため各機器、設備には、プロセスデータを取得するための計測器が配設されている。計測されたプロセスデータは、プラント性能監視装置に送られ、所定の演算を行った後データ出力装置に必要なデータが出力される。これらデータからプラント又は各機器、設備の性能を診断することができる。

従来から、発電プラント、ボイラ、及びタービンの性能の診断には、発電効率、ボイラ効率、及びタービン効率が使用されている。図３は、従来の一般的な火力発電プラント１の概略的構成を示す図である。図中のＡは、ボイラ２に供給される燃料の有するエネルギＱ_ＦＬであり、燃料の流量と単位重量当たりの燃料の発熱量を乗算することで得られる。図中のＢは、ボイラ２で吸収された有効出熱Ｑ_ＢＯＵＴであって、蒸気流量と蒸気入出口熱量差とを乗算することで求めることができる。さらに図中Ｄは、発電機４の出力Ｌである。発電効率η_Ｐ、ボイラ効率η_Ｂ、及びタービン効率η_Ｔは、各々式（１）〜式（３）で示され、発電効率η_Ｐ、ボイラ効率η_Ｂ、タービン効率η_Ｔには、式（４）に示す関係が成立する。このため、図３に示す火力発電プラント１の性能データ算出には、発電効率及び算出が容易なタービン効率を求めた後、式（４）の関係からボイラ効率が求められる。

一般的な火力発電プラントの性能診断の方法としては、計測データの中で高精度と認められるデータに基づいて、火力発電プラントを構成する機器のヒートバランス計算を行い、高精度と認められるデータとヒートバランス計算を基準として低精度と認められる計測データの収束計算を行うことでプラント全体のヒートバランスを決定し、機器の性能が熱効率に与える寄与度とヒートバンラスとから熱効率劣化要因機器を特定する技術も開示されている（例えば特許文献１参照）。
特開平１１−２２９８２０号公報

図３に示す火力発電プラント１では、系が閉じているため、タービン効率の算出も比較的容易である。ところで、火力発電プラントには、図４に示すような、タービンで仕事をした蒸気の一部を他のプラント又は設備へ供給する火力発電プラント５がある。この火力発電プラント５では、タービン３で仕事をした蒸気の一部（図４中のＥ）を系外に取出すため、当然ながら図３に示す従来の一般的な火力発電プラントと同様の方法でタービン効率を算出することはできない。タービン効率は、理論断熱熱落差に対する有効熱落差の比であるから、有効熱落差を求めて算出することも可能ではあるが、多数のプロセスデータが必要となり、簡単にタービン効率を求めることができない。

このように、タービンで仕事をした蒸気の一部を他のプラント等へ供給する火力発電プラントのタービン効率を簡単に算出する方法は確立されておらず、これら火力発電プラントの性能診断は、必ずしも十分に行われているとは言えない。このため、タービンで仕事をした蒸気の一部を他のプラント等へ供給する火力発電プラントの性能診断方法の確立が求められている。蒸気を系外へ供給する火力発電プラントのタービン効率をはじめ、発電効率、ボイラ効率の算出を、式（１）〜式（４）で示した方法に近似の方法で算出することができれば、従来のプラントのデータも活かし、火力発電プラントの性能診断を行うことが可能となり好ましい。さらに系外への蒸気の供給の有無に係わらず、同一の方法でタービン効率など性能データを算出することができれば、より好ましい。

本発明の目的は、簡単に性能診断を行うことが可能な蒸気タービンに供給した蒸気の一部を抜出し他のプラントへ蒸気を供給する火力発電プラントの性能診断方法、これに用いる火力発電プラント性能データ算出プログラム及びこれを記録した記録媒体を提供することである。

本発明は、蒸気タービンに供給した蒸気の一部を抜出し他のプラントへ該蒸気を供給する火力発電プラントの性能診断方法であって、
該火力発電プラントのプロセスデータに基づき、入出熱法を用いてボイラ効率を算出するとともに、式（ａ）を用いて他のプラントへ供給する蒸気熱量を補正した蒸気供給補正発電効率を算出し、
算出した該ボイラ効率及び該蒸気供給補正発電効率と、ボイラ効率、蒸気供給補正発電効率及びタービン効率との関係からタービン効率を算出し、
該ボイラ効率、該蒸気供給補正発電効率、及び該タービン効率に基づき該火力発電プラントの性能を診断することを特徴とする火力発電プラントの性能診断方法である。

また本発明で、前記蒸気タービンは、高圧タービン、中圧タービン及び低圧タービンを含み、
さらに前記ボイラは、再熱器を備え、
前記他のプラントへ供給する蒸気は、該高圧タービンから排気され、該再熱器で加熱され、該中圧タービンに供給される蒸気の一部であることを特徴とする請求項１に記載の火力発電プラントの性能診断方法である。

また本発明は、蒸気タービンに供給した蒸気の一部を抜出し他のプラントへ該蒸気を供給する火力発電プラントの性能診断に用いる該火力発電プラント性能データ算出プログラムあって、コンピュータに、
該火力発電プラントのプロセスデータに基づき、入出熱法を用いてボイラ効率を算出するステップと、
式（ａ）を用いて他のプラントへ供給する蒸気熱量を補正した蒸気供給補正発電効率を算出するステップと、
算出した該ボイラ効率及び該蒸気供給補正発電効率と、ボイラ効率、蒸気供給補正発電効率及びタービン効率との関係からタービン効率を算出するステップと、
を実行させるための火力発電プラント性能データ算出プログラムである。

また本発明は、請求項３に記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。

本発明の火力発電プラントの性能診断方法は、火力発電プラントのプロセスデータに基づき、入出熱法を用いてボイラ効率を算出するとともに、他のプラントへ供給する蒸気熱量を補正した蒸気供給補正発電効率を算出し、算出したボイラ効率及び蒸気供給補正発電効率と、ボイラ効率、蒸気供給補正発電効率及びタービン効率との関係からタービン効率を算出し、ボイラ効率、蒸気供給補正発電効率、及びタービン効率に基づき火力発電プラントの性能を診断するので、簡単に蒸気タービンに供給した蒸気の一部を抜出し他のプラントへ蒸気を供給する火力発電プラントの性能を診断することができる。また、タービン効率の算出に必要なプロセスデータも蒸気を系外の排出しない火力発電プラントとほぼ同じであり、簡単にタービン効率などを求めることができる。さらに発電効率、ボイラ効率、タービン効率の算出方法が従来の算出方法と近似の方法であるので、従来のプラントのデータも活かし、火力発電プラントの性能診断を行うことができる。さらに系外への蒸気の供給の有無に係わらず、同一の方法でタービン効率などを算出することができるので、本方法を多くの火力発電プラントの性能診断に適用することができる。

また本発明によれば、蒸気タービンは、高圧タービン、中圧タービン及び低圧タービンを含み、さらにボイラは、再熱器を備え、他のプラントへ供給する蒸気は、高圧タービンから排気され、再熱器で加熱され、中圧タービンに供給される蒸気の一部であるので、これら火力発電プラントの性能診断に本発明を適用することができる。

また、本発明の火力発電プラント性能データ算出プログラムは、コンピュータに、火力発電プラントのプロセスデータに基づき、入出熱法を用いてボイラ効率を算出するステップと、他のプラントへ供給する蒸気熱量を補正した蒸気供給補正発電効率を算出するステップと、算出したボイラ効率及び蒸気供給補正発電効率と、ボイラ効率、蒸気供給補正発電効率及びタービン効率との関係からタービン効率を算出するステップと、を実行させるためのプログラムであるので、本プログラムを用いて簡単にタービン効率など火力発電プラントの性能データを算出することができる。よってこれを使用することで、簡単に蒸気タービンに供給した蒸気の一部を抜出し他のプラントへ蒸気を供給する火力発電プラントの性能を診断することができる。

また本発明は、火力発電プラントの性能データ算出プログラムを記録した記録媒体であるので、記録媒体を介することによって、プログラムをコンピュータに簡単に供給することができる。

図１は、本発明の性能診断の対象であるタービンで仕事した蒸気を系外に送出する火力発電プラント１０の概略的な構成を示す系統図である。図２は、図１の火力発電プラント１０の性能診断に用いる火力発電プラント１０の性能データを算出する性能データ算出装置５０の電気的構成を示すブロック図である。

図１に示す火力発電プラント１０は、高圧タービン、中圧タービン及び低圧タービンかからなる蒸気タービン１１を備える従来の火力発電プラントと基本的構成は同じであるが、タービンで仕事した蒸気の一部を系外に送出するように構成されている点が異なる。ボイラ４０は、過熱器１２と再熱器１３とを備え、加熱器１２には、温度調整用のスプレー１４が配設されている。ボイラ４０で発生した蒸気は、主蒸気管１５を通じて高圧タービン１６に送られる。高圧タービン１６で仕事を行い、温度、圧力を低下させた蒸気は、低温再熱蒸気管１７を通じて再熱器１３へ送られ、再熱器１３で加熱された後、高温再熱蒸気管１８を通じて中圧タービン１９に送られる。管路１８の途中には、分岐部２０が設けられ、一部の蒸気は、減温器２１で温度を低下させられた後、他のプラントに送出される。一方、中圧タービン１９に供給された蒸気は、タービンを駆動した後、低圧タービン２２へ送られる。蒸気タービン１１は、発電機４１と連結し、発電機４１を駆動し発電する。

低圧タービン２２から排気される蒸気は、復水器２３で冷却され復水となった後、復水ポンプ２４で水素冷却器２５、空気抽出器２６、グランドコンデンサ２７、給水加熱器の順に送られる。空気抽出器２６は、ボイラ出口部の過熱蒸気２８を駆動源とするエゼクタ（図示を省略）で、低圧タービン２２から排気される蒸気に含まれる不凝縮性ガス、復水器２３から漏れこむ空気を排気する。第一、第二、第三給水加熱器２９、３０、３１では、各々低圧タービン２２から抽気される蒸気で加熱される。第三給水加熱器３１を出た給水は、脱気器３２で中圧タービン１９から抽気される蒸気で加熱され、その後給水ポンプ３３を介して第五、第六、第七給水加熱器３４、３５、３６へ送れる。ここでは、中圧タービン１９及び高圧タービン１６から抽気された蒸気で加熱される。第七給水加熱器３６で加熱された給水は、ボイラ４０へ送られる。

上記の構成からなる火力発電プラント１０では、従来の火力発電プラントと同様、図示を省略した計測器で、各所の温度、圧力、流量などのプロセスデータが計測され、火力発電プラントの性能診断に用いる性能データ算出装置５０に送られる。性能データ算出装置５０は、大略的には入力部５１、記憶部５２、演算部５３、及び出力部５４から構成され、入力部５１を介して取り込まれたプロセスデータは、記憶部５２に記憶される。さらに記憶部５２には、予め発電効率、ボイラ効率、タービン効率を計算するためのプログラムが記憶されている。演算部５３は、記憶部に記憶したデータ及びプログラムを読出し所定の計算を行い、出力部５４を介して出力する。この性能データ算出装置５０は、コンピュータを用いて実現することができる。また、発電効率、ボイラ効率、タービン効率を計算するためのプログラムを記録媒体に記録しておくことで、簡単にコンピュータにインストールすることができる。

発電効率、ボイラ効率、タービン効率は次の手順で算出する。第一にボイラ効率を算出する。ボイラ効率の算出は、入出熱法を用いて行う。入出熱法では、ボイラ効率η_Ｂは、ボイラに与えられた入熱に対するボイラで吸収された有効出熱の比で表されるため、ボイラ効率は、式（５）で表される。ボイラに与えられた入熱は、式（６）に示すようにボイラに供給される燃料の流量と燃料の発熱量とを乗算することで求めることができる。また、ボイラで吸収された有効出熱は、ボイラから出る蒸気の全熱量とボイラへ入る給水及び蒸気の全熱量との差分として、式（７）を用いて算出することができる。よって、式（５）式（６）、式（７）から入熱法によるボイラ効率を求めることができる。

次に、発電効率を求める。従来の発電設備のように、系が閉じている場合は、発電機出力をボイラに与えられた入熱で除算し算出することができる。しかしながら、本実施形態のようにタービンで仕事をしている途中の蒸気の一部を系外に取出すような場合は、ボイラから供給された蒸気が全てタービンの仕事に使用されないので、単純に発電機出力をボイラに与えられた入熱で除算すると、実態とかけ離れた見かけの発電効率となってしまう。これを回避するため、本発明では、式（８）で示すように、ボイラに与えられた入熱から系外に送出された蒸気の熱量を差引き、これに対する発電機出力の割合から蒸気供給補正をした実質的な発電効率η_Ｐ´を算出する。ボイラに与えられた入熱は、前記の式（６）で算出することができる。また、系外に送出された蒸気の熱量は、蒸気の流量とエンタルピの積として表される。

タービン効率η_T´は、発電効率η_Ｐ´及びボイラ効率η_Ｂと式（９）に示す関係が成立するため、式（９）からタービン効率η_T´を求めることができる。

上記の方法で算出した火力発電プラントのボイラ効率、発電効率、タービン効率を、設計値又は過去の値と比較し、又はこれの値の経時変化から簡単に火力発電プラントの性能を診断することができる。表１に実際に算出した結果の一例を示す。表１に示すように、本発明の性能データ算出方法によって算出した発電効率、タービン効率は、系外に送出する蒸気量によらずほぼ一定の値となり、発電設備に異常がないことを確認することができる。これに対し、蒸気補正を行わない発電効率は、系外に送出する蒸気量によって、値が大きく異なっており、この値からでは、発電設備の性能を診断することはできない。

以上のように本発明の火力発電プラントの性能診断方法は、火力発電プラントのプロセスデータに基づき、ボイラ効率、蒸気供給補正発電効率を算出した後、これ値からタービン効率を算出し、火力発電プラントの性能を診断するので、蒸気タービンに供給した蒸気の一部を抜出し他のプラントへ蒸気を供給する火力発電プラントであっても簡単に性能を診断することができる。特に性能診断に必要な性能データの算出方法をプログラミングすることで、コンピュータを用いて簡単に性能データを算出するができる。また、性能データ算出に必要なプロセスデータは、蒸気を系外の排出しない一般的な火力発電プラントとほぼ同じであり、性能データ算出のために特別のプロセスデータを必要としないので、容易に火力発電プラントの性能診断に適用することができる。

また本発明の火力発電プラントの性能診断に用いる性能データの算出方法は、式（８）からも分かるように、従来の一般的な火力発電プラントの性能データの算出方法と近似の方法であり、系外に取出す蒸気量がゼロとなると、従来から用いられている発電効率の算出方法と同一となる。つまり、発電プラントから系外に蒸気を取出すか否かに係わらず、同一の計算式で発電効率、タービン効率を求めることができる。このため、従来のプラントのデータも活かし、火力発電プラントの性能診断を行うことができる。なお、実施形態では、ボイラ効率を算出し、その後蒸気供給補正発電効率を算出する例を示したけれども、蒸気供給補正発電効率を算出し後にボイラ効率を算出してもよい。要するに、タービン効率を算出する前にこれらの値が算出されていればよいのである。

本発明の性能診断の対象であるタービンで仕事した蒸気を系外に送出する火力発電プラント１０の概略的な構成を示す系統図である。 図１の火力発電プラント１０の性能診断に用いる火力発電プラント１０の性能データを算出する性能データ算出装置５０の電気的構成を示すブロック図である。 従来の一般的な火力発電プラント１の概略的構成を示す図である。 従来のタービンで仕事をした蒸気の一部を他のプラント等へ供給する火力発電プラント５の概略的構成を示す図である。

符号の説明

１０ 火力発電プラント
１１ 蒸気タービン
１３ 再熱器
１６ 高圧タービン
１９ 中圧タービン
２２ 低圧タービン
４０ ボイラ
４１ 発電機
５０ 性能データ算出装置

Claims (4)

1. 蒸気タービンに供給した蒸気の一部を抜出し他のプラントへ該蒸気を供給する火力発電プラントの性能診断方法であって、
   該火力発電プラントのプロセスデータに基づき、入出熱法を用いてボイラ効率を算出するとともに、式（ａ）を用いて他のプラントへ供給する蒸気熱量を補正した蒸気供給補正発電効率を算出し、
   算出した該ボイラ効率及び該蒸気供給補正発電効率と、ボイラ効率、蒸気供給補正発電効率及びタービン効率との関係からタービン効率を算出し、
   該ボイラ効率、該蒸気供給補正発電効率、及び該タービン効率に基づき該火力発電プラントの性能を診断することを特徴とする火力発電プラントの性能診断方法。
   

   
2. 前記蒸気タービンは、高圧タービン、中圧タービン及び低圧タービンを含み、
   さらに前記ボイラは、再熱器を備え、
   前記他のプラントへ供給する蒸気は、該高圧タービンから排気され、該再熱器で加熱され、該中圧タービンに供給される蒸気の一部であることを特徴とする請求項１に記載の火力発電プラントの性能診断方法。
3. 蒸気タービンに供給した蒸気の一部を抜出し他のプラントへ該蒸気を供給する火力発電プラントの性能診断に用いる該火力発電プラント性能データ算出プログラムあって、コンピュータに、
   該火力発電プラントのプロセスデータに基づき、入出熱法を用いてボイラ効率を算出するステップと、
   式（ａ）を用いて他のプラントへ供給する蒸気熱量を補正した蒸気供給補正発電効率を算出するステップと、
   算出した該ボイラ効率及び該蒸気供給補正発電効率と、ボイラ効率、蒸気供給補正発電効率及びタービン効率との関係からタービン効率を算出するステップと、
   を実行させるための火力発電プラント性能データ算出プログラム。
   

   
4. 請求項３に記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
   

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