JP2020106012A - 発電プラントのバイパス制御システム及びその制御方法並びに制御プログラム、発電プラント - Google Patents

Abstract

【課題】復水器の損傷をより確実に防止することのできる発電プラントのバイパス制御システム及びその制御方法並びに制御プログラム、発電プラントを提供することを目的とする。【解決手段】再熱蒸気を出力する再熱器４４、４５と、再熱蒸気が供給される中圧タービン６３と、中圧タービン６３から排出された蒸気を復水する復水器６４と、再熱蒸気の一部を復水器６４へバイパスするバイパスラインＬ６と、バイパスラインＬ６の蒸気流量を調整するバイパス弁９０とを備える発電プラント１の制御装置１００あって、発電プラント１の運転状態に応じて、バイパス弁９０の開度制御指令を出力する開度指令出力部と、開度制御指令が出力されている状態において、バイパスラインＬ６の蒸気流量が予め設定した許容蒸気流量に達した場合に、バイパス弁９０の実開度を維持する弁制御部とを備える。【選択図】図３

Description

本発明は、発電プラントのバイパス制御システム及びその制御方法並びに制御プログラム、発電プラントに関するものである。

発電プラントにおいて、例えば高圧タービンから排出された蒸気を再熱して中圧タービンや低圧タービンに供給する構成がある。このような再熱蒸気を利用する発電プラントでは、起動時等の負荷変動時において、余剰となった再熱蒸気の一部を中圧タービンや低圧タービンへ供給せずに復水器等にバイパスする場合がある。再熱蒸気をバイパスする場合には、復水器が損傷しないように、バイパスされる再熱蒸気をスプレー水等を用いて減温している。

特許文献１では、再熱蒸気を復水器にバイパスする構成を有した火力発電所が開示されている。また、特許文献１には、バイパスさせる蒸気流量を制御するバイパス弁に対して最大許容開度を設けることが開示されている。

特公昭６２−１７０８１号公報

再熱蒸気をバイパスしてスプレー水を供給してから復水器に導入するまでの配管が短い場合、再熱蒸気に対してスプレー水が十分にミキシングされず、急な負荷変化の際などでは、バイパスした再熱蒸気の減温が不完全となり、復水器内での許容温度を超えた再熱蒸気が供給されて復水器を損傷させる可能性がある。また、復水器へバイパスされる再熱蒸気は、温度分布状態が均一でないため、温度を正確に計測することが困難であり、復水器を損傷させる可能性がある。

また、バイパスされる再熱蒸気のエンタルピー状態に基づいてスプレー水の供給量を制御したとしても、起動時等の負荷変動時には蒸気条件が著しく変化し、正確にスプレー水の制御を行うことが困難であった。

また、特許文献１のようにバイパス弁に対して最大許容開度を設定する場合には、例えば開度計に経年劣化や故障が発生すると、バイパス弁の実開度が開度指令より大きな開度状態となる可能性がある。このような場合には、開度指令が最大許容開度以下であっても、バイパス弁の実開度が最大許容開度となり、復水器の損傷を招く可能性がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、復水器の損傷をより確実に防止することのできる発電プラントのバイパス制御システム及びその制御方法並びに制御プログラム、発電プラントを提供することを目的とする。

本発明の第１態様は、再熱蒸気を出力する再熱器と、前記再熱蒸気が供給されるタービンと、前記タービンから排出された蒸気を復水する復水器と、前記再熱蒸気の一部を前記タービンをバイパスして前記復水器へ送給するバイパスラインと、前記バイパスラインの蒸気流量を調整するバイパス弁とを備える発電プラントのバイパス制御システムであって、前記発電プラントの運転状態に応じて、前記バイパス弁の開度制御指令を出力する開度指令出力部と、前記開度制御指令が出力されている状態において、前記バイパスラインの蒸気流量が予め設定した許容蒸気流量に達した場合に、前記バイパス弁の実開度を維持する弁制御部と、を備える発電プラントのバイパス制御システムである。

再熱器から出力した再熱蒸気の一部を復水器へバイパスする場合、負荷変動等に応じてバイパス弁の開制御を行うと、温度の高い大量の再熱蒸気が復水器に流れ込み、復水器が損傷する可能性があった（例えば、減温器を用いたとしても、十分な減温がなされないまま再熱蒸気が復水器に流れ込む可能性があった）。このため、バイパスラインの蒸気流量に対して、許容蒸気流量を予め設定することとした。そして、開度制御指令が出力されている状態において、バイパスラインの蒸気流量が予め設定した許容蒸気流量に達した場合に、バイパス弁の実開度を維持することとすることで、バイパスラインを流通する蒸気流量が許容蒸気流量以上とならないため、復水器の損傷をより確実に防止することが可能となる。

上記バイパス制御システムにおいて、前記弁制御部は、前記バイパスラインの蒸気流量が前記許容蒸気流量に達している期間において、前記バイパスラインの蒸気流量が前記許容蒸気流量に達した時点における前記バイパス弁の実開度を維持することとしてもよい。

上記のような構成によれば、バイパス弁の開制御によってバイパスラインの蒸気流量が許容蒸気流量に達した際には、バイパスラインの蒸気流量が許容蒸気流量に達した時点におけるバイパス弁の実開度を維持するため、蒸気流量が許容蒸気流量を超えることをより確実に防止することができる。

上記バイパス制御システムにおいて、前記開度指令出力部は、前記発電プラントの起動時、または所定時間内に予め設定した閾値以上負荷が変動する負荷変動時において前記開度制御指令を出力することとしてもよい。

上記のような構成によれば、発電プラントの起動時または負荷遮断時など負荷変動時に開制御指令を出力するため、発電プラントの運転状態に応じて適切に開度制御指令を出力することができる。

上記バイパス制御システムにおいて、前記バイパスラインの蒸気を減温する減温器を制御する減温制御部を備え、前記弁制御部は、前記復水器におけるダンプチューブ温度が所定の規定値以上となった場合に前記バイパス弁を閉とすることとしてもよい。

上記のような構成によれば、バイパスラインの蒸気を減温器によって減温しても復水器におけるダンプチューブ温度が所定の規定値以上となった場合にはバイパス弁を閉とするため、より確実に復水器の損傷を抑制することが可能となる。

上記バイパス制御システムにおいて、前記許容蒸気流量は、前記復水器の仕様に基づいて設定することとしてもよい。

上記のような構成によれば、復水器の仕様に基づいて許容蒸気流量を設定することで、復水器の損傷を防止するための許容蒸気流量を効果的に算出することができる。

上記バイパス制御システムにおいて、前記弁制御部は、前記バイパスラインの蒸気流量が前記許容蒸気流量に達した時点における前記バイパス弁の開度指令を維持することとしてもよい。

上記のような構成によれば、バイパスラインの蒸気流量が許容蒸気流量に達した時点におけるバイパス弁の開度指令を維持することで、開度指令の変動によるバイパス弁の実開度の変動を抑制し、許容蒸気流量に達した時点における実開度を維持することができる。

本発明の第２態様は、再熱蒸気を出力する再熱器と、前記再熱蒸気が供給されるタービンと、前記タービンから排出された蒸気を復水する復水器と、前記再熱蒸気の一部を前記復水器へバイパスするバイパスラインと、前記バイパスラインの蒸気を減温する減温器と、前記バイパスラインの蒸気流量を調整するバイパス弁と、上記の発電プラントのバイパス制御システムと、を備える発電プラントである。

本発明の第３態様は、再熱蒸気を出力する再熱器と、前記再熱蒸気が供給されるタービンと、前記タービンから排出された蒸気を復水する復水器と、前記再熱蒸気の一部を前記タービンをバイパスして前記復水器へ送給するバイパスラインと、前記バイパスラインの蒸気流量を調整するバイパス弁とを備える発電プラントのバイパス制御方法であって、前記発電プラントの運転状態に応じて、前記バイパス弁の開度制御指令を出力する開度指令出力工程と、前記開度制御指令が出力されている状態において、前記バイパスラインの蒸気流量が予め設定した許容蒸気流量に達した場合に、前記バイパス弁の実開度を維持する弁制御工程と、を有する発電プラントのバイパス制御方法である。

本発明の第４態様は、再熱蒸気を出力する再熱器と、前記再熱蒸気が供給されるタービンと、前記タービンから排出された蒸気を復水する復水器と、前記再熱蒸気の一部を前記タービンをバイパスして前記復水器へ送給するバイパスラインと、前記バイパスラインの蒸気流量を調整するバイパス弁とを備える発電プラントのバイパス制御プログラムであって、前記発電プラントの運転状態に応じて、前記バイパス弁の開度制御指令を出力する開度指令出力処理と、前記開度制御指令が出力されている状態において、前記バイパスラインの蒸気流量が予め設定した許容蒸気流量に達した場合に、前記バイパス弁の実開度を維持する弁制御処理と、をコンピュータに実行させるための発電プラントのバイパス制御プログラムである。

本発明によれば、復水器の損傷をより確実に防止することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係るボイラの概略構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る発電プラントを示す概略図である。 図２における発電プラントにおいて、再熱蒸気の流通に係る構成を詳細に示した図である。 本発明の一実施形態に係る制御装置が備える機能を示した機能ブロック図である。 本発明の一実施形態に係るバイパス弁制御処理のフローチャートを示した図である。 本発明の一実施形態に係るスプレー弁制御処理のフローチャートを示した図である。 本発明の一実施形態に係るバイパス弁制御の動作を示した図である。

以下に、本発明に係る発電プラントのバイパス制御システム及びその制御方法並びに制御プログラム、発電プラントの一実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態における発電プラント１が備えるボイラ１０の概略構成図である。

ボイラ１０は、石炭を粉砕した微粉炭を微粉燃料（炭素含有固体燃料）として用い、この微粉炭を燃焼バーナにより燃焼させ、この燃焼により発生した熱を回収して給水や蒸気と熱交換して過熱蒸気を生成することが可能な石炭焚き（微粉炭焚き）ボイラである。以降の説明で、上や上方とは鉛直方向上側を示し、下や下方とは鉛直方向下側を示すものである。

本実施形態において、図１に示すように、ボイラ１０は、火炉１１と燃焼装置１２と煙道１３を有している。火炉１１は、四角筒の中空形状をなして鉛直方向に沿って設置されている。火炉１１を構成する火炉壁（伝熱管）は、複数の蒸発管とこれらを接続するフィンとで構成され、給水や蒸気と熱交換することにより火炉壁の温度上昇を抑制している。

燃焼装置１２は、火炉１１を構成する火炉壁の下部側に設けられている。本実施形態では、燃焼装置１２は、火炉壁に装着された複数の燃焼バーナ（例えば２１，２２，２３，２４，２５）を有している。例えば燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５は、周方向に沿って均等間隔で配設されたものが１セットとして、鉛直方向に沿って複数段配置されている。但し、火炉の形状や一つの段における燃焼バーナの数、段数はこの実施形態に限定されるものではない。

各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５は、微粉炭供給管２６，２７，２８，２９，３０を介して粉砕機（ミル）３１，３２，３３，３４，３５に連結されている。この粉砕機３１，３２，３３，３４，３５は、図示しないが、例えばハウジング内に回転テーブルが駆動回転可能に支持され、この回転テーブルの上方に複数のローラが回転テーブルの回転に連動して回転可能に支持されて構成されている。石炭が複数のローラと回転テーブルとの間に投入されると、ここで所定の微粉炭の大きさに粉砕され、搬送用ガス（一次空気）により図示しない分級機に搬送されて分級された微粉炭を微粉炭供給管２６，２７，２８，２９，３０から燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５に供給することができる。

また、火炉１１は、各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５の装着位置に風箱３６が設けられており、この風箱３６に空気ダクト３７の一端部が連結されている。空気ダクト３７は、他端部に送風機３８が設けられている。

更に、火炉１１は、各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５の装着位置より上方にアディショナル空気ノズル３９が設けられている。アディショナル空気ノズル３９に空気ダクト３７から分岐した分岐空気ダクト４０の端部が連結されている。従って、送風機３８により送られた燃焼用空気（燃料ガス燃焼用空気／二次空気）を空気ダクト３７から風箱３６に供給し、この風箱３６から各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５に供給することができると共に、送風機３８により送られた燃焼用追加空気（アディショナル空気）を分岐空気ダクト４０からアディショナル空気ノズル３９に供給することができる。

煙道１３は、火炉１１の鉛直方向上部に連結されている。煙道１３は、燃焼ガスの熱を回収するための熱交換器として、過熱器４１，４２，４３、再熱器４４，４５、節炭器４６，４７が設けられており、火炉１１での燃焼で発生した燃焼ガスと各熱交換器を流通する給水や蒸気との間で熱交換が行われる。

煙道１３は、その下流側に熱交換を行った燃焼ガスが排出されるガスダクト４８が連結されている。ガスダクト４８は、空気ダクト３７との間にエアヒータ（空気予熱器）４９が設けられ、空気ダクト３７を流れる空気と、ガスダクト４８を流れる燃焼ガスとの間で熱交換を行い、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５に供給する燃焼用空気を昇温することができる。

また、煙道１３は、エアヒータ４９より上流側の位置に脱硝触媒５０が設けられている。脱硝触媒５０は、アンモニア、尿素水等の窒素酸化物を還元する作用を有する還元剤を煙道１３内に供給し、還元剤が供給された燃焼ガスを窒素酸化物と還元剤との反応を促進させることで、燃焼ガス中の窒素酸化物を除去、低減するものである。そして、煙道１３に連結されるガスダクト４８は、エアヒータ４９より下流側の位置に煤塵処理装置（電気集塵機、脱硫装置）５１、誘引送風機５２などが設けられ、下流端部に煙突５３が設けられている。

一方、微粉炭燃料は、粉砕機３１，３２，３３，３４，３５が駆動すると、生成された微粉炭が搬送用ガスと共に微粉炭供給管２６，２７，２８，２９，３０を通して燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５に供給される。また、加熱された燃焼用空気が空気ダクト３７から風箱３６を介して各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５に供給される。すると、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５は、微粉炭と搬送用ガス（一次空気）とが混合した微粉燃料混合気を火炉１１に吹き込むと共に燃焼用空気を火炉１１に吹き込み、このときに着火することで火炎を形成することができる。火炉１１内の下部で火炎が生じ、燃焼ガスがこの火炉１１内を上昇し、煙道１３に排出される。

その後、燃焼ガスは、煙道１３に配置される過熱器４１，４２，４３、再熱器４４，４５、節炭器４６，４７で熱交換した後、脱硝触媒５０により窒素酸化物が還元除去され、煤塵処理装置５１で粒子状物質が除去されると共に硫黄分が除去された後、煙突５３から大気中に排出される。

次に、発電プラント１のボイラ１０における熱交換について詳細に説明する。図２は、発電プラント１におけるボイラ１０に設けられた各熱交換器を表す概略図である。

図２に示すように、本実施形態において、煙道１３は、内部に燃焼ガスが通過する燃焼ガス通路６０が設けられており、この燃焼ガス通路６０に過熱器４１，４２，４３、再熱器４４，４５、節炭器４６，４７が配置されている。なお、過熱器４１，４２，４３は、ヘッダを介して直列に設けられてもよいが、図２では、このヘッダを省略している。

ボイラ１０で生成した蒸気により運転される蒸気タービン６１は、例えば、高圧タービン６２と中圧タービン６３とから構成されている。なお、蒸気タービン６１は、高圧タービン、中圧タービン、及び低圧タービンにより構成され、後述する再熱蒸気が中圧タービンに流入したのちに低圧タービンに流入することとしてもよい。ここでは中圧タービンと低圧タービンの区別の有無を合わせて便宜上、中圧タービンと記載する。中圧タービン６３は、復水器６４が連結されており、中圧タービン６３を駆動した蒸気がこの復水器６４で冷却水（例えば、海水）により冷却されて復水となる。復水器６４は、給水ラインＬ１を介して第１節炭器４７の入口ヘッダ６５に連結されている。入口ヘッダ６５は、燃焼ガス通路６０に設けられており、給水ラインＬ１は、復水器６４の下流側から復水ポンプ８３、低圧給水ヒータ８４、給水ポンプ６６、高圧給水ヒータ８５が設けられている。第２節炭器４６は、第１節炭器４７の上方に配置されており、各節炭器４６，４７の間に中間ヘッダ６７が設けられている。第２節炭器４６は、上部に出口ヘッダ６８が連結されており、この出口ヘッダ６８は、燃焼ガス通路６０の外側に配置されている。

出口ヘッダ６８は、給水ラインＬ２を介して燃焼ガス通路６０の外側に配置される蒸気ドラム６９に連結されている。蒸気ドラム６９は、火炉壁の各伝熱管（図示略）に連結されると共に、過熱器４１，４２，４３に連結されており、過熱器４１，４２，４３は、蒸気ラインＬ３を介して高圧タービン６２に連結されている。蒸気ラインＬ３には、主蒸気弁８１が設けられており、主蒸気弁８１の開度制御によって高圧タービン６２に供給される蒸気の流量等が制御される。そして、高圧タービン６２は、蒸気ラインＬ４を介して第１再熱器４５の入口ヘッダ（管寄せ）７０に連結されている。入口ヘッダ７０は、燃焼ガス通路６０に設けられており、第１再熱器４５は、中間ヘッダ７１を介して第２再熱器４４に連結され、第２再熱器４４は、上部に出口ヘッダ７２が連結されており、この中間ヘッダ７１及び出口ヘッダ７２は、燃焼ガス通路６０の外側に配置されている。そして、出口ヘッダ７２は、蒸気ラインＬ５を介して中圧タービン６３に連結され中圧タービン６３を回転駆動している。このようにして、ボイラ１０では第１再熱器４５及び第２再熱器４４によって再熱蒸気を生成している。蒸気ラインＬ５には、タービン蒸気弁８２が設けられており、タービン蒸気弁８２の制御によって、中圧タービン６３に供給される再熱蒸気の流量が制御されている。なお、蒸気ラインＬ５において、排出弁８６を設け、ボイラ１０において生成した再熱蒸気の一部を系外へ排出可能としてもよい。また、蒸気ラインＬ３における主蒸気弁８１の下流側（高圧タービン６２の入口側）と蒸気ラインＬ４（高圧タービン６２の出口側）にバイパスラインを設け、バイパスラインには制御弁８７を備えることとしてもよい。

燃焼ガスが煙道１３の燃焼ガス通路６０を流れるとき、この燃焼ガスは、過熱器４１，４２，４３、再熱器４４，４５、節炭器４６，４７の順に熱回収される。一方、給水ポンプ６６から供給された水は、節炭器４７，４６によって予熱された後、蒸気ドラム６９に供給され、図示しない火炉壁の各伝熱管に供給される間に加熱されて飽和蒸気となり、蒸気ドラム６９に戻される。蒸気ドラム６９の飽和蒸気は、過熱器４１，４２，４３に導入され、燃焼ガスによって過熱される。過熱器４１，４２，４３で生成された過熱蒸気は、高圧タービン６２に供給され、この高圧タービン６２を回転駆動する。高圧タービン６２から排出された蒸気は、再熱器４５，４４に導入されて再度過熱された後、再熱蒸気として中圧タービン６３に供給され、この中圧タービン６３を回転駆動する。蒸気タービン６１の回転軸には、発電機が接続されており、発電が行われる。中圧タービン６３から排出された蒸気は、復水器６４で冷却されることで復水となり、再び、節炭器４７，４６に送られる。

また、煙道１３は、入口ヘッダ７０と節炭器４７との間にスーツブロワ（噴射装置）８０が配置されていてもよい。スーツブロワ８０は、入口ヘッダ７０の長手方向と平行な方向に延在して入口ヘッダ７０に対向する位置に配置される。スーツブロワ８０は、入口ヘッダ７０の長手方向を軸方向として、軸方向に直交する方向に蒸気（気体）を噴射し、また噴射方向も変動することができる噴射装置である。スーツブロワ８０から節炭器４７に向けて噴射された蒸気は、節炭器４７の伝熱管の表面に堆積した燃焼灰を除去する。

次に、ボイラ１０において生成した再熱蒸気の流通に係る発電プラント１の詳細構成を説明する。
図３は、図２における発電プラント１において、再熱蒸気の流通に係る構成を詳細に示した図である。図３では、図２における構成と同様に、ボイラ１０と、高圧タービン６２と、中圧タービン６３と、復水器６４等を示している。また、図３では、再熱蒸気の流通に係る詳細構成としてバイパス部ＢＬと、再熱蒸気に係る制御を行う制御装置１００とを示している。

バイパス部ＢＬは、バイパスラインＬ６と、バイパス弁９０と、減温器９１と、スプレー水供給ラインＬ７と、スプレー弁９２と、を有している。なお、バイパス部ＢＬの構成については、再熱蒸気をバイパスすることができれば上記構成に限定されない。

バイパスラインＬ６は、再熱蒸気の一部を復水器６４へバイパスする管である。このため、バイパスラインＬ６は、一端が蒸気ラインＬ５（タービン蒸気弁８２の上流側）に接続されており、他端が復水器６４へ接続されている。バイパスラインＬ６には、ボイラ１０で生成した再熱蒸気の一部がバイパス蒸気として流通する。

バイパス弁９０は、バイパスラインＬ６を流通するバイパス蒸気の流量を調整する。このため、バイパス弁９０は、バイパスラインＬ６上に設けられている。バイパス弁９０は、後述する制御装置１００によって開度が制御される。なお、バイパス弁９０は、再熱蒸気の圧力を制御する役割も担う。

減温器９１は、バイパスラインＬ６の蒸気を減温する。減温器９１は、バイパスラインＬ６におけるバイパス弁９０の下流側に設けられている。減温器９１では、後述するスプレー水供給ラインＬ７から供給されたスプレー水を用いてバイパス蒸気を減温する。具体的には、減温器９１では、バイパス蒸気に対してスプレー水を散布し、バイパス蒸気とスプレー水をミキシングさせ、バイパス蒸気を減温している。なお、スプレー水は、バイパス蒸気とミキシング後、蒸発することでスプレー水の潜熱分も減温に利用できるので好ましい。

スプレー水供給ラインＬ７は、復水器６４において生成した復水の一部を、スプレー水として減温器９１へ供給する管である。このためスプレー水供給ラインＬ７は、一端が給水ラインＬ１に接続されており、他端が減温器９１へ接続されている。スプレー水供給ラインＬ７には、オリフィス９３が設けられている。また、スプレー水供給ラインＬ７のオリフィス９３には、流通するスプレー水の流量を計測する流量計１０８が設けられている。

スプレー弁９２は、スプレー水供給ラインＬ７を流通するスプレー水の流量を調整する。このため、スプレー弁９２は、スプレー水供給ラインＬ７に設けられている。スプレー弁９２は、後述する制御装置１００によって開度が制御される。

制御装置（バイパス制御システム）１００は、バイパス蒸気の流量を制御する。また、制御装置１００は、バイパスされる再熱蒸気を減温するスプレー水の流量を制御する。

制御装置１００は、例えば、図示しないＣＰＵ（中央演算装置）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等のメモリ、及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体等から構成されている。後述の各種機能を実現するための一連の処理の過程は、プログラムの形式で記録媒体等に記録されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、後述の各種機能が実現される。なお、プログラムは、ＲＯＭやその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線または無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等である。

図４は、制御装置１００が備える機能を示した機能ブロック図である。図４に示されるように、制御装置１００は、開度指令出力部１０１と、弁制御部１０２と、減温制御部１０３とを備えている。

開度指令出力部１０１は、発電プラント１の運転状態に応じて、バイパス弁９０の開度制御指令を出力する。具体的には、開度指令出力部１０１は、発電プラント１の起動時、または負荷遮断時など所定時間内に予め設定した閾値以上負荷が変動する負荷変動時において開度制御指令（開制御指令）を出力する。

発電プラント１において、例えば負荷状態が低下すると、中圧タービン６３に供給する蒸気に対してボイラ１０で生成した再熱蒸気が余剰となり、生成した再熱蒸気をバイパスさせる必要がある。このように、発電プラント１の負荷状態が変動する場合には、バイパス弁９０の制御が必要となる。特に、発電プラント１の起動時や負荷遮断時など、所定時間内に予め設定した閾値以上負荷が変動する大きな負荷変化率や負荷の急変となる負荷変動時において、バイパス弁９０を大きく開制御する必要がある。このため、開度指令出力部１０１では、負荷変動によってバイパス弁９０を開制御する必要がある場合に、開度制御指令を出力する。すなわち、開度制御指令とは、例えばバイパス弁９０の開方向への制御を開始させる指令である。特に、起動時や負荷遮断時など所定時間内に予め設定した閾値以上負荷が変動する大きな負荷変化率や、負荷の急変となる負荷変動時における開度制御指令は、バイパス弁９０を所定の変化率以上で開方向へ制御する指令（急開制御指令）であることが好ましい。所定の変化率とは、例えば、２５（％／秒）以上である。開度制御指令は、後述する弁制御部１０２において用いられる。

弁制御部１０２は、バイパス弁９０の開度の制御を行う。具体的には、弁制御部１０２は、ボイラ１０から出力された再熱蒸気の温度Ｔｒと圧力Ｐｒを、計測器１０６、１０７から取得する。そして、ボイラ１０において生成した再熱蒸気の一部をバイパス弁９０を通じて復水器６４へ送給してダンプし、再熱蒸気圧力を一定とするように制御を行う。また、取得した情報とバイパス弁９０の開度から、ボイラ１０において生成した再熱蒸気流量Ｆｒのうちバイパス弁９０を通過する再熱蒸気流量であるバイパス蒸気流量Ｆｓｔを算出する。

バイパス蒸気流量Ｆｓｔが多すぎると、下流側の復水器６４を損傷させる可能性がある。このため、弁制御部１０２では、算出したバイパス蒸気流量Ｆｓｔと復水器の許容蒸気流量を比較し、許容蒸気流量を超えた場合は、バイパス弁９０の開度指令を維持し開度を制限する。

具体的には、弁制御部１０２は、開度制御指令が出力されている状態において、バイパス蒸気の流量が予め設定した許容蒸気流量に達した場合に、バイパス弁９０の実開度を維持する（固定とする）。許容蒸気流量とは、復水器６４において許容されるバイパス蒸気の流量である。このため、許容蒸気流量は、復水器６４の仕様（復水器６４における容量や、設計温度、設計圧力などを含む設計仕様）に基づいて設定される。なお、許容蒸気流量については、復水器６４の仕様に加えて、バイパス蒸気の計画流量を考慮して設定することとしてもよい。バイパス蒸気の計画流量とは、予定されている発電プラント１の運転状態において想定される最大バイパス蒸気の流量である。また、許容蒸気流量については、後述するスプレー水の流量を考慮して許容流量の精度を高くして設定することとしてもよい。なお、バイパス弁９０などの制御弁の実開度は、例えば、ＬＶＤＴ（差動トランス式変位計）を用いることで検知することができる。

バイパス蒸気流量Ｆｓｔは、計測器を用いて計測することとしてもよい。また、バイパス蒸気流量Ｆｓｔを、ボイラ１０において生成された再熱蒸気の圧力Ｐｒ、温度Ｔｒ、エンタルピー、バイパス弁９０の開度に基づいて（すなわち、バイパス弁９０の開度とバイパス弁９０の前後におけるバイパス蒸気の圧力差に基づいて）推定することとしてもよい。なお、現運転状態におけるバイパス蒸気の流量を取得する方法については上記に限定されず適用することが可能である。なお、バイパス蒸気の流量については、ボイラ１０において生成した再熱蒸気流量Ｆｒから中圧タービン６３へ供給することが要求される再熱蒸気流量Ｆｌｐを減算することにより算出することとしてもよい。

弁制御部１０２は、設定された許容蒸気流量と、算出したバイパス蒸気流量Ｆｓｔとを比較し、バイパス蒸気流量Ｆｓｔが許容蒸気流流量に達した場合に、これ以上の流量のバイパス蒸気流量が流通しないように、バイパス弁９０の開度を固定とする。すなわち、弁制御部１０２は、バイパスラインＬ６の蒸気流量が許容蒸気流量に達した時点におけるバイパス弁９０の開度指令を維持する。より具体的には、弁制御部１０２は、バイパスラインＬ６の蒸気流量が許容蒸気流量に達している期間において、バイパスラインＬ６の蒸気流量が許容蒸気流量に達した時点におけるバイパス弁９０の実開度（開度指令）を維持する。弁制御部１０２では、例えば、バイパス蒸気流量Ｆｓｔが許容蒸気流流量に達した場合に、弁制御部１０２の開度指令をバイパス弁９０の実開度信号をトラッキングし、バイパス蒸気流量Ｆｓｔが許容蒸気流流量を超えている間は、その時点におけるバイパス弁９０の実開度を変更することなく維持する。ここで、バイパス弁９０の実開度信号と弁制御部１０２からの開度指令の偏差によるバイパス弁の誤制御を防止するために、バイパス弁９０の開度指令は連続信号を行わないようにして、１パルス信号の維持指令信号とし、維持指令信号によって、バイパス弁９０の開度を制御することによりバイパス弁９０の開度指令を固定化する。すなわち、バイパス蒸気流量Ｆｓｔが許容蒸気流流量に達した場合に維持指令信号によって開度指令を実開度にトラッキングさせる。

弁制御部１０２によって、許容蒸気流量以上の流量のバイパス蒸気が復水器６４へ流れ込まないため、復水器６４の損傷をより確実に防止することが可能となる。

また、弁制御部１０２は、復水器６４におけるダンプチューブ温度Ｔｅを計測器１０５から取得する。ダンプチューブ温度とは、復水器６４に設けられたダンプチューブ内の蒸気の温度である。ダンプチューブとは、バイパスラインＬ６を介して供給されたバイパス蒸気を復水器６４内において放出（フラッシュ）させ、復水するための管である。すなわち、ダンプチューブ温度とは、復水器６４内におけるバイパス蒸気の温度であり、所定の規定値に達しないことが必用である。そして、弁制御部１０２は、ダンプチューブ温度Ｔｅが、所定の規定値以上となっているか否かを判定し、ダンプチューブ温度Ｔｅが所定の規定値以上となっている場合に、バイパス弁９０を全閉とする制御を行う（インターロック）。所定の規定値とは、復水器６４内に損傷を与えないように設定された復水器６４のダンプチューブ内において許容可能な蒸気の最大温度であり、復水器６４の仕様等から予め設定される。弁制御部１０２において、バイパス弁９０を全閉とする非常停止機能を有することで、より確実に復水器６４の損傷を防止することが可能となる。

減温制御部１０３は、バイパスラインＬ６を介して復水器６４へ供給されるバイパス蒸気を減温する減温器９１を制御する。具体的には、減温制御部１０３は、減温器９１におけるスプレー水の流量に対してエンタルピー制御を行う。すなわち、減温制御部１０３では、バイパス蒸気のエンタルピー等を用いて、バイパス蒸気に散布するスプレー水の流量を設定する。

スプレー水の流量Ｆｗｓｅｔは、例えば以下の式によって与えられる。

（１）式において、Ｆｓｔはバイパス蒸気の流量であり、ｈｒはボイラ１０において生成した再熱蒸気のエンタルピーであり、ｈｄは復水器６４へ供給されるバイパス蒸気（減温器９１の下流側のバイパス蒸気）のエンタルピーであり、ｈｗはスプレー水のエンタルピーである。ボイラ１０において生成した再熱蒸気のエンタルピーｈｒは、ボイラ１０において生成した再熱蒸気に対して計測した温度Ｔｒと圧力Ｐｒに基づいて設定される。なお、蒸気ラインＬ５（ボイラ１０の下流側）において、再熱蒸気の温度Ｔｒを計測する計測器１０６、及び再熱蒸気の圧力Ｐｒを計測する計測器１０７が設けられている。復水器６４のダンプチューブへ送給されるバイパス蒸気のエンタルピーｈｄ、及びスプレー水のエンタルピーｈｗは、発電プラント１の運転状態において略一定と近似することができるため、固定値として予め設定されてもよい。バイパス蒸気流量Ｆｓｔは、バイパス弁９０の開度とバイパス弁９０の前後におけるバイパス蒸気の圧力差に基づいて（すなわち、ボイラ１０において生成された再熱蒸気の圧力Ｐｒ、温度Ｔｒ、バイパス弁９０のエンタルピー差、バイパス弁９０の開度による流量係数に基づいて）、設定される。バイパス蒸気流量Ｆｓｔと、スプレー水の流量Ｆｗｓｅｔとを加えた流量が、復水器６４のダンプチューブへ送給される。

復水器６４におけるダンプチューブ温度Ｔｅを計測器１０５から取得して、所定の規定値に達しないようスプレー水の流量Ｆｗｓｅｔが設定される。これにあたり、減温制御部１０３では、エンタルピー制御として、（１）式を用いてスプレー水の流量Ｆｗｓｅｔを算出し、算出したスプレー水の流量Ｆｗｓｅｔに基づいてスプレー弁９２の開度を制御する。

このようにして、減温制御部１０３では、スプレー水のエンタルピー制御が実行され、減温器９１におけるバイパス蒸気とスプレー水との混合が十分に進んでいない状況であって、減温後のバイパス蒸気温度の計測が難しい場合でも、バイパス蒸気流量Ｆｓｔに対応して必要なスプレー水の流量Ｆｗｓｅｔを算出できる。すなわち、起動時や負荷遮断時など所定時間内に予め設定した閾値以上負荷が変動する大きな負荷変化率や、負荷の急変となる際に、バイパス蒸気流量Ｆｓｔが急変する場合においても、ダンプチューブ温度Ｔｅが所定の規定値を超えないように、スプレー水の流量Ｆｗｓｅｔを適切に設定することができる。

次に、上述の弁制御部１０２によるバイパス弁９０制御処理について図５を参照して説明する。図５に示すフローは、発電プラント１が稼働中である場合において所定の制御周期で繰り返し実行される。

まず、ボイラ１０において生成した再熱蒸気の温度Ｔｒ及び圧力Ｐｒを取得する（Ｓ１０１）。温度Ｔｒ及び圧力Ｐｒについては、発電プラント１の設けた各計測器１０６、１０７から取得する。

次に、再熱蒸気の目標圧力値に合致するとともに、検出した圧力Ｐｒを一定とするようバイパス弁９０の開度指令を出力する（Ｓ１０２）。

次に、バイパス蒸気流量Ｆｓｔを、バイパス弁９０の開度とバイパス弁９０の前後におけるバイパス蒸気の圧力差に基づいて（すなわち、再熱蒸気の圧力Ｐｒ、温度Ｔｒ、バイパス弁９０のエンタルピー差、バイパス弁９０の開度による流量係数に基づいて）、算出する（Ｓ１０３）。

次に、バイパス蒸気流量Ｆｓｔが許容蒸気流量に達したか否かを判定する（Ｓ１０４）。バイパス蒸気流量Ｆｓｔが許容蒸気流量に達していない場合（Ｓ１０４のＮＯ判定）には、処理を終了して、その後は、上記処理を最初（Ｓ１０１）から、所定の制御周期で繰り返し実行される。

バイパス蒸気流量Ｆｓｔが許容蒸気流量に達した場合（Ｓ１０４のＹＥＳ判定）には、バイパス蒸気の流量が許容蒸気流量に達した時点におけるバイパス弁９０の開度指令を許容蒸気流量に達した時点におけるバイパス弁９０の実開度信号とトラッキングして維持することによって、バイパス弁９０の実開度を維持（固定化）する（Ｓ１０５）。そして、Ｓ１０１からＳ１０５の上記処理は所定の制御周期で繰り返し実行される。

なお、バイパス蒸気流量Ｆｓｔが推定された場合には、バイパス蒸気流量Ｆｓｔの推定後、Ｓ１０５から処理を実行してもよい。

次に、上述の減温制御部１０３によるスプレー弁制御処理について図６を参照して説明する。図６に示すフローは、バイパス蒸気流量Ｆｓｔに対応して、ダンプチューブ温度Ｔｅが所定の規定値を超えないように、スプレー水の流量Ｆｗｓｅｔを設定するものであり、図５に示すバイパス弁９０制御処理のフローと合わせて、発電プラント１が稼働中である場合において所定の制御周期で繰り返し実行される。

まず、ダンプチューブ温度Ｔｅを取得する（Ｓ２０１）。ダンプチューブ温度Ｔｅは、計測器１０５より取得される。

次に、ダンプチューブ温度Ｔｅが所定の規定値以上となっているか否かを判定する（Ｓ２０２）。ダンプチューブ温度Ｔｅが所定の規定値以上となっている場合（Ｓ２０２のＹＥＳ判定）には、バイパス弁９０を全閉とする制御を行う（Ｓ２０３）。処理を終了して、その後は、上記処理を最初（Ｓ２０１）から、所定の制御周期で繰り返し実行される。

ダンプチューブ温度Ｔｅが所定の規定値以上となっていない場合（Ｓ２０２のＮＯ判定）には、スプレー水の流量を適正に設定し、スプレー弁９２を制御する（Ｓ２０４）。スプレー水の流量設定については、エンタルピー制御を用いる。すなわち、（１）式を用いて、バイパス蒸気流量Ｆｓｔに対応して、スプレー水の流量Ｆｗｓｅｔを設定する。そして、上記処理は所定の制御周期で繰り返し実行される。このため、図５で設定するバイパス蒸気流量Ｆｓｔの変化に対しても、安定してスプレー水の流量Ｆｗｓｅｔを設定することができ、ダンプチューブ温度Ｔｅが所定の規定値を超えないようにすることができる。

次に、上述の制御装置１００によるバイパス弁９０の制御について図７を参照して説明する。図７には、上段に縦軸を負荷（ボイラ負荷）とし横軸を時間とした図を記載し、中段に縦軸を中圧タービン６３の入口弁（図２におけるタービン蒸気弁８２）の開度指令値とし横軸を時間とした図を記載し、下段に縦軸をバイパス弁９０の開度とし横軸を時間とした図を記載している。図７において、それぞれの横軸（時間軸）のスケールは共通している。なお、図７は負荷を急変して下げた時を例示しており、負荷、入口弁の開度指令値、及びバイパス弁９０の開度の時間変化が示されている。

時刻Ｔ１において、負荷が急変する（低下する）した場合に、該負荷急変にあわせてタービン蒸気弁８２の開度が閉方向へ制御される。タービン蒸気弁８２の開度が閉方向へ制御されると、中圧タービン６３に供給される蒸気量が低下するため、バイパス蒸気の流量を増加させる必要がある。このため、時刻Ｔ１において、バイパス弁９０の開制御（急開制御）が実行される。

バイパス弁９０に開制御が行われ、開度が増加すると、バイパス蒸気の流量が増加する。そして、時刻Ｔ２のときに、バイパス蒸気の流量が許容蒸気流量に達する。このため、制御装置１００は、バイパス蒸気の流量が許容蒸気流量に達した時点におけるバイパス弁９０の開度αを保持し、これ以上バイパス弁９０が開かないように（これ以上バイパス蒸気の流量が増加しないように）バイパス弁９０の制限処理を行う。なお、バイパス弁９０の制限処理を行わない場合には、破線で示したように、バイパス弁９０の開度が開度αよりもさらに開いた角度となり、より多くの流量のバイパス蒸気が復水器６４へ流入することとなる。

時刻Ｔ３において、中圧タービン６３に供給される蒸気量の低下処理が終了し、時刻Ｔ４において、負荷を急変して低下させた処理が終了する。

負荷の低下処理が終了すると、ボイラ１０において生成される再熱蒸気の流量が低下した状態で維持される。このため、バイパス蒸気流量を閉方向へ制御し、バイパス蒸気の流量を減少させる。時刻Ｔ５において、バイパス蒸気の流量は許容蒸気流量未満となり、バイパス弁９０の開度維持処理は終了する。すなわち、期間ΔＴの間において、バイパス弁９０の開度αを超えることのないとした開制御によるバイパス蒸気の流量が許容蒸気流量を上回ることを確実に防止し、復水器６４の損傷を防ぐことができる。

以上説明したように、本実施形態に係る発電プラント１のバイパス制御システム及びその制御方法並びに制御プログラム、発電プラント１によれば、急開制御指令が出力されている状態において、バイパスラインＬ６の蒸気流量が予め設定した許容蒸気流量に達した場合に、バイパス弁９０の実開度を維持することとすることで、バイパスラインＬ６を流通する蒸気流量が許容蒸気流量以上とならないため、復水器６４の損傷をより確実に防止することが可能となる。

また、バイパス弁９０の急開制御によってバイパスラインＬ６の蒸気流量が許容蒸気流量に達した際は、バイパスラインＬ６の蒸気流量が許容蒸気流量に達した時点におけるバイパス弁９０の実開度を維持するため、蒸気流量が許容蒸気流量を超えることをより確実に防止することができる。

また、バイパスラインＬ６の蒸気流量が許容蒸気流量に達した時点におけるバイパス弁９０の開度指令を維持することで、開度指令の変動によるバイパス弁９０の実開度の変動を抑制し、許容蒸気流量に達した時点における実開度を維持することができる。

本発明は、上述の実施形態のみに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々変形実施が可能である。

１ ：発電プラント
１０ ：ボイラ
１１ ：火炉
１２ ：燃焼装置
１３ ：煙道
２１−２５ ：燃焼バーナ
２６−３０ ：微粉炭供給管
３１−３５ ：粉砕機
３６ ：風箱
３７ ：空気ダクト
３８ ：送風機
３９ ：アディショナル空気ノズル
４０ ：分岐空気ダクト
４１−４３ ：過熱器
４４ ：再熱器（第２再熱器）
４５ ：再熱器（第１再熱器）
４６ ：節炭器（第２節炭器）
４７ ：節炭器（第１節炭器）
４８ ：ガスダクト
４９ ：エアヒータ
５０ ：脱硝触媒
５１ ：煤塵処理装置
５２ ：誘引送風機
５３ ：煙突
６０ ：燃焼ガス通路
６１ ：蒸気タービン
６２ ：高圧タービン
６３ ：中圧タービン
６４ ：復水器
６５ ：入口ヘッダ
６６ ：給水ポンプ
６７ ：中間ヘッダ
６８ ：出口ヘッダ
６９ ：蒸気ドラム
７０ ：入口ヘッダ
７１ ：中間ヘッダ
７２ ：出口ヘッダ
８０ ：スーツブロワ
８１ ：主蒸気弁
８２ ：タービン蒸気弁
８３ ：復水ポンプ
８４ ：低圧給水ヒータ
８５ ：高圧給水ヒータ
８６ ：排出弁
８７ ：制御弁
９０ ：バイパス弁
９１ ：減温器
９２ ：スプレー弁
９３ ：オリフィス
１００ ：制御装置
１０１ ：開度指令出力部
１０２ ：弁制御部
１０３ ：減温制御部
１０５−１０７ ：計測器
１０８ ：流量計
ＢＬ ：バイパス部
Ｌ１，Ｌ２ ：給水ライン
Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５ ：蒸気ライン
Ｌ６ ：バイパスライン
Ｌ７ ：スプレー水供給ライン

Claims (9)

1. 再熱蒸気を出力する再熱器と、前記再熱蒸気が供給されるタービンと、前記タービンから排出された蒸気を復水する復水器と、前記再熱蒸気の一部を前記タービンをバイパスして前記復水器へ送給するバイパスラインと、前記バイパスラインの蒸気流量を調整するバイパス弁とを備える発電プラントのバイパス制御システムであって、
   前記発電プラントの運転状態に応じて、前記バイパス弁の開度制御指令を出力する開度指令出力部と、
   前記開度制御指令が出力されている状態において、前記バイパスラインの蒸気流量が予め設定した許容蒸気流量に達した場合に、前記バイパス弁の実開度を維持する弁制御部と、
   を備える発電プラントのバイパス制御システム。
2. 前記弁制御部は、前記バイパスラインの蒸気流量が前記許容蒸気流量に達している期間において、前記バイパスラインの蒸気流量が前記許容蒸気流量に達した時点における前記バイパス弁の実開度を維持する請求項１に記載の発電プラントのバイパス制御システム。
3. 前記開度指令出力部は、前記発電プラントの起動時、または所定時間内に予め設定した閾値以上負荷が変動する負荷変動時において前記開度制御指令を出力する請求項１または２に記載の発電プラントのバイパス制御システム。
4. 前記バイパスラインの蒸気を減温する減温器を制御する減温制御部を備え、
   前記弁制御部は、前記復水器におけるダンプチューブ温度が所定の規定値以上となった場合に前記バイパス弁を閉とする請求項１から３のいずれか１項に記載の発電プラントのバイパス制御システム。
5. 前記許容蒸気流量は、前記復水器の仕様に基づいて設定する請求項１から４のいずれか１項に記載の発電プラントのバイパス制御システム。
6. 前記弁制御部は、前記バイパスラインの蒸気流量が前記許容蒸気流量に達した時点における前記バイパス弁の開度指令を維持する請求項１から５のいずれか１項に記載の発電プラントのバイパス制御システム。
7. 再熱蒸気を出力する再熱器と、
   前記再熱蒸気が供給されるタービンと、
   前記タービンから排出された蒸気を復水する復水器と、
   前記再熱蒸気の一部を前記復水器へバイパスするバイパスラインと、
   前記バイパスラインの蒸気を減温する減温器と、
   前記バイパスラインの蒸気流量を調整するバイパス弁と、
   請求項１から６のいずれか１項に記載の発電プラントのバイパス制御システムと、
   を備える発電プラント。
8. 再熱蒸気を出力する再熱器と、前記再熱蒸気が供給されるタービンと、前記タービンから排出された蒸気を復水する復水器と、前記再熱蒸気の一部を前記タービンをバイパスして前記復水器へ送給するバイパスラインと、前記バイパスラインの蒸気流量を調整するバイパス弁とを備える発電プラントのバイパス制御方法であって、
   前記発電プラントの運転状態に応じて、前記バイパス弁の開度制御指令を出力する開度指令出力工程と、
   前記開度制御指令が出力されている状態において、前記バイパスラインの蒸気流量が予め設定した許容蒸気流量に達した場合に、前記バイパス弁の実開度を維持する弁制御工程と、
   を有する発電プラントのバイパス制御方法。
9. 再熱蒸気を出力する再熱器と、前記再熱蒸気が供給されるタービンと、前記タービンから排出された蒸気を復水する復水器と、前記再熱蒸気の一部を前記タービンをバイパスして前記復水器へ送給するバイパスラインと、前記バイパスラインの蒸気流量を調整するバイパス弁とを備える発電プラントのバイパス制御プログラムであって、
   前記発電プラントの運転状態に応じて、前記バイパス弁の開度制御指令を出力する開度指令出力処理と、
   前記開度制御指令が出力されている状態において、前記バイパスラインの蒸気流量が予め設定した許容蒸気流量に達した場合に、前記バイパス弁の実開度を維持する弁制御処理と、
   をコンピュータに実行させるための発電プラントのバイパス制御プログラム。
   
   

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