JP2013087664A - 真空破壊制御システムおよび真空破壊制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 真空破壊のタイミングを適切に判定し復水器を真空破壊する。
【解決手段】 ユニットのタービンを停止可能なタービン停止部１２と、ブロー弁を開閉することによってユニットのフラッシュタンク残圧を調整可能なフラッシュタンク残圧調整部１３と、タービン停止部１２によってタービンを停止して回転数が所定値以下となり、かつ、フラッシュタンク残圧調整部１３によってブロー弁を開閉してフラッシュタンク８０の残圧が所定の状態となった場合に、復水器９０の真空を破壊する真空破壊部１４と、を備える。
【選択図】 図１

Description

この発明は、火力発電所の発電ユニット停止時において復水器の真空破壊を制御する真空破壊制御システムに関し、より適切なタイミングで真空破壊を実施することが可能な真空破壊制御システムおよび真空破壊制御方法に関する。

火力発電所の発電ユニット（以下、単にユニットという。）停止時においては、運転中に生じた熱によって設備が損傷しないように、まずユニットを解列し、タービンを停止してから、ボイラを消火し、さらに通風系統を停止し、その後、復水器を真空破壊している。このように、例えば、ボイラの消火後は、復水器へ熱が流入していないにも関わらず、復水器の真空を破壊しておらず、補機類が運転されたままとなっていた。つまり、ユニットの解列から復水器を真空破壊するまでに時間を要するために、その間の補機類の運転によってコストの増加や、人為的な負担の増加につながっていた。

そこで、発電プラントの運転停止時に、タービン通常停止モードにおけるメタル温度推移特性データから予想メタル温度推移を決定し、警報レベルに応じた許容メタル温度差に基づきメタル温度を決定し、決定されたメタル温度から該予想メタル温度推移に基づき真空破壊のタイミングを決定する発電プラントの運転停止システムに関する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、深夜起動停止時には、復水器の真空破壊を行い、循環水ポンプ等の補機類の停止およびグランド蒸気の供給停止により、コスト削減を図る発電設備の運転方法に関する技術が知られている（例えば、特許文献２参照。）。

特開２００９−２４３３６４号公報 特開２００４−０６８６４６号公報

特許文献１に記載された技術は、メタル温度の特性データに基づいて、真空破壊のタイミングを決定するものである。また、特許文献２に記載された技術は、深夜起動停止時の運転コストの削減を図るために、復水器の真空破壊を行うものである。これに対して、本願発明者は、熱によって設備が損傷するのを防止するとともに、タービンの回転によって設備に損傷を与えるような振動の発生を抑制するために、真空破壊のタイミングをタービンの回転数とフラッシュタンクの残圧とにもとづいて、真空破壊のタイミングを判定すればよいと考えた。

そこで、この発明は、真空破壊のタイミングを適切に判定し復水器を真空破壊することが可能な真空破壊制御システムおよび真空破壊制御方法を提供することを目的としている。

前記の課題を解決するために、請求項１の発明は、火力発電所のユニット停止時において復水器の真空破壊を制御する真空破壊制御システムであって、前記ユニットのタービンを停止可能なタービン停止手段と、ブロー弁を開閉することによって前記ユニットのフラッシュタンク残圧を調整可能なフラッシュタンク残圧調整手段と、前記タービン停止手段によって前記タービンを停止して回転数が所定値以下となり、かつ、前記フラッシュタンク残圧調整手段によって前記ブロー弁を開閉してフラッシュタンクの残圧が所定の状態となった場合に、前記復水器の真空を破壊する真空破壊手段と、を備えることを特徴とする復水器の真空破壊制御システムである。

この発明によれば、真空破壊手段によって、タービン停止手段によってタービンを停止して回転数が所定値以下となり、かつ、フラッシュタンク残圧調整手段によってブロー弁を開閉してフラッシュタンクの残圧が所定の状態となった場合に、復水器の真空を破壊する。

請求項２の発明は、火力発電所のユニット停止時において復水器の真空破壊を制御する真空破壊制御方法であって、前記ユニットのタービンを停止し、ブロー弁を開閉することによって前記ユニットのフラッシュタンクの残圧を調整し、前記タービンの回転数が所定値以下となり、かつ、前記フラッシュタンクの残圧が所定の状態となった場合に、前記復水器の真空を破壊する、ことを特徴とする復水器の真空破壊制御方法である。

請求項１または請求項２に記載の発明によれば、タービンを停止して回転数が所定値以下となり、かつ、ブロー弁を開閉してフラッシュタンクの残圧が所定の状態となった場合に、復水器の真空を破壊するので、適切に真空を破壊することができる。つまり、タービンの回転数が高いにも関わらず真空破壊してしまうことによってユニットの設備の損傷を招いたり、フラッシュタンク残圧が高いにも関わらず真空破壊してしまうことによって、漏水したりしてしまうことを防止できる。一方、タービンの回転数やフラッシュタンク残圧が十分に低いにも拘わらず、真空破壊をせずに無駄に真空を維持することを防止することができる。このように、適切なタイミングで真空を破壊することができるので、ユニットの解列から真空破壊までの時間が短縮された分、補機の運転に要していたコストや、運転員の負担を軽減することができる。

また、真空を破壊するタイミングの判定を、運転員の経験にもとづいて行う必要がないので、運転員の熟練度によらず適切かつ安全に真空を破壊することができる。

この発明の実施の形態に係る真空破壊制御システムの概略構成ブロック図である。 ボイラの給水系統を示す概略構成図である。 発電機内のタービン速度と振動などを示すトレンドグラフである。 発電機内のフラッシュタンク圧力を示すトレンドグラフである。 図１の真空破壊制御システムの処理を示すフローチャートである。 図５の真空破壊時期判定タスクの処理を示すフローチャートである。

つぎに、この発明の実施の形態について図面を用いて詳しく説明する。
図1ないし図６は、この発明の実施の形態を示している。真空破壊制御システム１は、火力発電所のユニット停止時において復水器９０の真空破壊を制御するシステムであり、図１に示すように、主として、記憶部１１と、タービン停止手段としてのタービン停止部１２と、フラッシュタンク残圧調整手段としてのフラッシュタンク残圧調整部１３と、真空破壊手段としての真空破壊部１４およびこれらの制御を行う制御部１０とを備えている。この真空破壊制御システム１は火力発電所のユニット監視制御サーバ（図示略）に備えられている。

ここで、火力発電所のユニットは、石炭やガスなどの燃料をボイラで燃焼させて、発生した高温・高圧ガスによってガスタービンを回転させるとともに、ボイラで発生した蒸気によって蒸気タービンを回転させることにより発電するものである。ここでは、一般的な構成のユニットと同等の構成であるため、詳細な説明は省略する。

このユニットは、図２に示すように、ポンプ２０と、高圧ヒータ３０と、エコノマイザ４０と、ボイラ本体５０と、一次過熱器６０ａと、二次過熱器６０ｂと、高圧タービン（以下、単にタービンという。）７０と、フラッシュタンク８０と、復水器９０を有している。このユニットにおいては、取水された水をポンプ２０によって、高圧ヒータ３０へ送出し、高圧ヒータ３０とエコノマイザ４０は、水を加熱する。加熱された水は、ボイラ本体５０によって、さらに過熱されて蒸気となる。ここで、ボイラ本体５０には、通風系統が配設され、取り込んだ外気をヒータで加熱して、ボイラ本体５０に供給する機能と、排出される排ガスの一部を抜き出して底部に戻す機能とを有している。

ボイラ本体５０で加熱された蒸気は、一次過熱器６０ａと二次過熱器６０ｂによって、加熱されて高温・高圧になる。この高温・高圧の蒸気は、タービン７０に送出される。

タービン７０は、ガスタービンで構成され、二次過熱器６０ｂの下流側に配設され、ボイラ本体５０、一次過熱器６０ａ、二次過熱器６０ｂで生成された高温・高圧の蒸気を羽根車で受けることにより、回転運動としての動力を得るものである。

フラッシュタンク８０は、ボイラ本体５０やタービン７０などの蒸気供給系で生じた蒸気を貯蔵し、低圧蒸気と低圧凝縮水に分離して復水器９０に送出するものである。また、フラッシュタンクダンプ蒸気弁８１は、フラッシュタンク８０と復水器９０との間の上方の配管に配設されており、開閉によって低圧蒸気の流れを制御するものである。フラッシュタンクドレン弁８２は、フラッシュタンク８０と復水器９０との間の下方の配管に配設されており、開閉によって低圧凝縮水の流れを制御するものである。また、ブロー弁８３は、フラッシュタンク８０内の水を系外のブロータンクへ送出するものである。これらのフラッシュタンクダンプ蒸気弁８１、フラッシュタンクドレン弁８２、ブロー弁８３を開閉することによって、フラッシュタンク８０内の圧力を調整することができる。

復水器９０は、フラッシュタンク８０から送出された低圧蒸気と低圧凝縮水とを水に戻すものである。ユニットの運転時には、復水器９０は、真空が保持されており、ユニットに生じた蒸気などを吸引するようになっている。復水器９０の真空は、真空破壊弁（図示略）を開放して大気圧に戻すことで、復水器９０やタービン７０などの真空を破壊する。

タービン回転数測定部（図示略）は、タービン７０の回転数を測定し、制御部１０に伝送する機能を有している。ここで、タービン７０の回転数は、図３に示すように、タービン７０の停止後から減少する。例えば、６：２７にタービン７０を停止すると、回転数３６００ｒｐｍから、１６分後の６：４３には１０７８ｒｐｍとなり、１８分後の２６３ｒｐｍまで減少し、さらに１８分後には０ｒｐｍとなる。

タービン７０の回転数が高い状態で、真空を破壊すると振動の原因となり、タービン７０を損傷させるおそれがある。このため、タービン７０の回転数がユニットの運転状態に応じて所定値以下、例えば、２９００ｒｐｍ以下となった場合に、真空を破壊するようにすればよい。この値は、図３に示されているようなタービン７０の軸受の振動や偏心、伸び差、カム軸位置などの測定結果や、過去の運転実績などを考慮することにより、算定することができる。

フラッシュタンク圧力測定部（図示略）は、フラッシュタンク８０の圧力（残圧）を測定し、制御部１０に伝送する機能を有している。ここで、フラッシュタンク８０の圧力が所定の状態であれば、復水器９０への熱の流入がなくなっているため、復水器９０の真空を破壊することが可能である。この所定の状態は、図４に示されているような脱気器レベル、フラッシュタンクレベル、フラッシュタンク蒸気弁開度、フラッシュタンク水位調節弁開度、タービンバイパス弁開度、補助蒸気圧力、復水器真空などの測定結果や、過去の運転実績などにより、算定することができる。例えば、図４に示すトレンドグラフからは、フラッシュタンクの圧力は、２１：０８のタービン７０の停止から増加し、２１：２５のボイラの消火後は、２．９４ＭＰａから３．５ＭＰａまで急激に増加し、２１：２７頃から急激に減少し、２１：３５には１．３５４Ｍｐａとなり、さらに、２１：５３には１．０５７ＭＰａとなる。そして、タービン停止後は、蒸気供給系で蒸気が発生しなくなるので、フラッシュタンク８０の圧力は減少する。そして、２２：１１にフラッシュタンク８０のブロー弁８３を開放すると、さらに急減に低下し０．１ＭＰａで一定となる。つまり、この場合には、フラッシュタンク８０の圧力が０．１ＭＰａ以下であれば、復水器９０の真空を破壊することが可能である。

記憶部１１は、制御部１０に伝送されたタービン回転数測定部で測定したタービン７０の回転数と、フラッシュタンク圧力測定部で測定したフラッシュタンク８０の圧力を記憶したり、真空破壊タスク、真空破壊時期判定タスク１５を記憶したりしている。

タービン停止部１２は、制御部１０からの指令に基づいて、タービン７０に停止する制御信号を送信するものである。

フラッシュタンク残圧調整部１３は、真空破壊タスクの起動中においては、制御部１０からの指令に基づいて、フラッシュタンク８０のフラッシュタンクダンプ蒸気弁８１やフラッシュタンクドレン弁８２を閉操作する制御信号を送信する。また、フラッシュタンク残圧調整部１３は、真空破壊タスクの起動中においては、制御部１０からの指令に基づいて、フラッシュタンク８０の残圧が所定の状態となるように、ブロー弁８３を開操作する制御信号を送信する。ユニット停止時にフラッシュタンクダンプ蒸気弁８１やフラッシュタンクドレン弁８２が閉塞されると、フラッシュタンク８０の圧力が上昇する。

真空破壊部１４は、制御部１０からの指令に基づいて、復水器９０の真空破壊弁を開操作して、復水器９０の真空を破壊するものである。

真空破壊時期判定タスク１５は、タービン停止部１２によってタービン７０を停止して回転数が所定値以下となり、かつ、フラッシュタンク残圧調整部１３によってブロー弁８３を開閉してフラッシュタンク８０の残圧が所定の状態となった場合に、真空破壊可能であると判定する機能を有するプログラム、タスクである。この真空破壊時期判定タスク１５は、制御部１０によって、図５に示すように通風系統停止後に起動されるようにプログラミングされている。

制御部１０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などで構成され、図５に示す真空破壊タスクを起動したりするものである。

次に、このような構成の真空破壊制御システム１における復水器９０の真空破壊方法および作用について説明する。

火力発電所のユニットを停止させるために、真空破壊タスクを起動して、図５で示すフローチャートの処理（真空破壊タスク）を開始する。このとき、タービン回転数測定部によって測定されたタービン７０の回転数と、フラッシュタンク圧力測定部によって測定されたフラッシュタンク８０の圧力（残圧）とが、制御部１０に伝送される。

まず、ステップＳ１において、タービン停止部１２によってタービンを停止し、ステップＳ２において、ボイラを消化し、ステップＳ３において、通風系統を停止し、ステップＳ４において、真空破壊時期判定タスク１５を起動する。

そして、真空破壊時期判定タスク１５は、図６に示すように、ステップＳ１１において、記憶部１１からタービン回転数を取得し、ステップＳ１２において、フラッシュタンク圧力を取得し、ステップＳ１３において、真空破壊が可能か否かを判定する。ここで、タービン回転数およびフラッシュタンク圧力は、真空破壊タスクの起動中においては、所定間隔で随時測定され、記憶部１１が更新されている。

真空破壊が可能か否かは、（Ａ）タービン停止部１２によってタービン７０を停止して回転数が所定値以下、（Ｂ）フラッシュタンク残圧調整部１３によってブロー弁８３を開閉してフラッシュタンク８０の残圧が所定の状態、のいずれもみたす場合に、真空破壊が可能（「ＹＥＳ」）と判定する。真空破壊が不可能な場合（「ＮＯ」の場合）は、ステップＳ１１に戻って同様の処理を繰り返す。真空破壊が可能な場合（「ＹＥＳ」の場合）は、このタスクの処理を終了して、図５に示す真空破壊タスクのステップＳ５に進む。

つぎに、ステップＳ５において、真空破壊部１４によって復水器９０の真空を破壊して、このタスクの処理を終了する。

このようにして、真空破壊タスクによって、タービン停止部１２によってタービン７０を停止して回転数が所定値以下となり、かつ、フラッシュタンク残圧調整部１３によってフラッシュタンク８０のブロー弁を開閉してフラッシュタンク８０の残圧が所定の状態となった場合に、真空破壊部１４によって復水器９０の真空が破壊される。

以上のように、この真空破壊制御システム１および真空破壊制御方法によれば、タービン停止部１２によってタービン７０を停止して回転数が所定値以下となり、かつ、フラッシュタンク残圧調整部１３によってフラッシュタンク８０のブロー弁８３を開閉してフラッシュタンク８０の残圧が所定の状態となった場合に、復水器９０の真空を破壊するので、適切に真空を破壊することができる。つまり、タービン７０の回転数が高いことによってユニットの設備の損傷を招いたり、フラッシュタンク８０の残圧が高いことによって、復水器９０への熱の流入がある状態で真空を破壊し、漏水したりしてしまうことなどを防止できる。一方、タービン７０の回転数やフラッシュタンク８０の残圧が十分に低いにも拘わらず、真空破壊をせずに無駄に真空を維持することを防止することができる。このように、適切なタイミングで真空を破壊することによって、時間が短縮された分、補機の運転に要していたコストや、運転員の負担を軽減することができる。

また、真空を破壊するタイミングの判定を、真空破壊時期判定タスク１５によって行い、運転員の経験にもとづいて行う必要がないので、運転員の熟練度によらず適切かつ安全に真空を破壊することができる。

以上、この発明の実施の形態について説明したが、具体的な構成は、上記の実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。例えば、上記の実施の形態では、ユニットが２台の循環ポンプを有している場合について説明したが、３台以上の循環ポンプを有している場合であっても同様である。

１ 真空破壊制御システム
１２ タービン停止部（タービン停止手段）
１３ フラッシュタンク残圧調整部（フラッシュタンク残圧調整手段）
１４ 真空破壊部（真空破壊手段）
２０ ポンプ
３０ 高圧ヒータ
４０ エコノマイザ
５０ ボイラ本体
６０ａ 一次過熱器
６０ｂ 二次過熱器
７０ タービン
８０ フラッシュタンク
８１ フラッシュタンクダンプ蒸気弁
８２ フラッシュタンクドレン弁
９０ 復水器

Claims (2)

1. 火力発電所のユニット停止時において復水器の真空破壊を制御する真空破壊制御システムであって、
   前記ユニットのタービンを停止可能なタービン停止手段と、
   ブロー弁を開閉することによって前記ユニットのフラッシュタンク残圧を調整可能なフラッシュタンク残圧調整手段と、
   前記タービン停止手段によって前記タービンを停止して回転数が所定値以下となり、かつ、前記フラッシュタンク残圧調整手段によって前記ブロー弁を開閉してフラッシュタンクの残圧が所定の状態となった場合に、前記復水器の真空を破壊する真空破壊手段と、
   を備えることを特徴とする復水器の真空破壊制御システム。
2. 火力発電所のユニット停止時において復水器の真空破壊を制御する真空破壊制御方法であって、
   前記ユニットのタービンを停止し、
   ブロー弁を開閉することによって前記ユニットのフラッシュタンクの残圧を調整し、
   前記タービンの回転数が所定値以下となり、かつ、前記フラッシュタンクの残圧が所定の状態となった場合に、前記復水器の真空を破壊する、
   ことを特徴とする復水器の真空破壊制御方法。

Images