JP2549190B2 - 複合発電プラント制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、一軸型または多軸型の複合発電プラント制
御装置に係り、特に蒸気タービン起動時のバイパス弁に
よる圧力制御方式の改良に関する。

（従来の技術） 近年、ガスタービンとその排ガスを利用した蒸気ター
ビンとを組合わせた複合発電プラントは、プラント全体
の効率のよさに加え、ガスタービン側を変えることによ
って天然ガス以外の燃料を採用することも可能である等
の点から、火力発電プラントの主流になりつつあり、こ
れは、天然ガス等の燃料を燃焼させることによってガス
タービンを駆動し発電を行なうとともに、その排ガスか
ら排熱を回収し、この排熱によって排熱回収ボイラと呼
ばれるボイラで蒸気を発生させ、この蒸気で蒸気タービ
ンを駆動して発電機で発電するものである。

一般に、複合発電プラントの構成には様々な組合わせ
のものがあるが、ここでは一番簡単な例として、ガスタ
ービン発電機・排熱回収ボイラ・蒸気タービン発電機を
各１台用いて構成される複合発電プラントを例に採っ
て、その動作原理を説明する。

この複合発電プラントは、第７図に示すような構成と
なっている。すなわち、まず燃料を燃焼器２で燃焼さ
せ、高温高圧となった燃焼ガスは、ガスタービン２を駆
動した後、排ガスとなって煙突３から外気へ放出され
る。煙突３には、排熱回収ボイラ４が設置されており、
排ガスから回収された熱により、排熱回収ボイラ４内の
水が加熱されて蒸気が発生する。発生した蒸気は、加減
弁５を通って蒸気タービン６を駆動し発電を行なった
後、蒸気タービン６から復水器７に導かれ凝縮して水と
なる。

この複合発電プラントの蒸気系は、以下のプロセスに
より起動される。すなわち、まず燃焼器１に点火してガ
スを燃焼させ、その結果発生した高温高圧の燃焼ガスで
ガスタービン２を駆動し、ガスタービン２で仕事をした
後の排ガスを、煙突３から外気に排出する。

この排ガスは、未だかなり高温であるので、煙突３に
設置した排熱回収ボイラ４によって熱回収する。この熱
回収により、排熱回収ボイラ４内に溜まっている水が蒸
気となり、排熱回収ボイラ４内や蒸気タービン６入側の
圧力が上昇する。そして、加減弁５入側の圧力が蒸気タ
ービン６を駆動するのに充分な高圧になったならば、加
減弁５を開いて蒸気タービン６に蒸気を流し、蒸気ター
ビン６を駆動する。

ところで、この起動の過程で、加減弁５を開けて蒸気
タービン６に蒸気を流すと、加減弁５の入側からは、大
量の蒸気が流出していくことになるので、圧力はやや下
がり気味となる。これに対して、バイパス弁８は、加減
弁５入側の圧力を一定に制御しようとし、加減弁５が開
いていくと閉まっていく。そしてバイパス弁８は、加減
弁５の開度が、蒸気タービン６によって所定出力を得ら
れる所定開度に達する前に全閉となる。バイパス弁８は
その後、蒸気タービン６の運転中は、急激な圧力の上昇
や、圧力が高くなり過ぎて危険なときに、加減弁５が呑
込みきれない蒸気を逃がすために開く以外は全閉のまま
である。

蒸気タービン６起動時に、排熱回収ボイラ４で熱回収
を始めた後、加減弁５の入側圧力を蒸気タービン６を駆
動するのに必要な値まで上昇させる間、圧力が上がり過
ぎたり急激に変化するのを防ぐため、バイパス弁８を操
作して圧力を制御する必要があり、以下その制御方法に
ついて説明する。

第８図は従来の圧力制御方法を示し、また第９図はそ
の制御方法による圧力制御の状態を示す。

第８図の２つの圧力設定器11,12のうち、圧力設定器1
1は、蒸気タービン６起動前の圧力設定値信号13を出力
するように設定され、また圧力設定器12は、蒸気タービ
ン６を起動するのに必要な圧力目標値信号14を出力する
ように設定される。すなわち、蒸気タービン６の起動命
令が出される前は、信号選択器15がａ側を選択してお
り、圧力設定値信号16は圧力設定値信号13と等しく、こ
のとき圧力調節演算器19には、圧力設定器11から出力さ
れる圧力設定値信号13が、蒸気タービン６停止中の圧力
制御の設定値信号18として与えられていることになる。

この状態で、第８図の圧力制御装置10に蒸気タービン
起動命令が与えられることにより、信号選択器15が切替
わってｂ側を選択し、圧力設定値信号16として圧力目標
値信号14が設定される。この圧力設定値信号16は、変化
率制限器17を通り、その結果、第９図に示すように滑ら
かに変化する圧力設定値18が得られる。

バイパス弁８の圧力調節演算器19は、圧力検出器20か
ら与えられた実際の圧力信号21と前記圧力設定値信号18
との偏差が解消するように、バイパス弁８を操作する圧
力制御信号22を出力する。バイパス弁８が開けば、復水
器７に主蒸気が流れ込むために圧力は下がり、閉まれば
蒸気の流出がなくなるために圧力は上昇する。排熱回収
ボイラ４で充分な蒸気の発生が起きており、バイパス弁
８の圧力調節演算器19が妥当に調整されていれば、バイ
パス弁８は、圧力検出器20によって与えられる実際の圧
力信号21と圧力設定値信号18とが一致するよう、第９図
に符号23のように開閉し、加減弁５入側の圧力は滑らか
に制御される。

（発明が解決しようとする課題） 前記従来の複合発電プラント制御装置において、バイ
パス弁８による圧力制御の目的は２つある。一つは圧力
を可及的滑らかに変化させ急激な変化は避けることであ
り、もう一つは所定の安全な値以上に圧力が上昇し過ぎ
るのを防ぐことである。

しかしながら、本来蒸気タービン６起動前の加減弁５
入側の蒸気の条件は、前回の蒸気タービン６停止時の条
件および蒸気タービン６再起動までの停止時間により、
毎回異なるのが通例である。毎回異なる条件を単に圧力
設定器11の圧力設定値信号ａだけで処理するのは無理で
あり、従来は、運転員の判断によって適当な数値を与え
てやるようにしている。

ところが、圧力設定器11に設定してある圧力設定値信
号13の選び方が悪く、実際の圧力信号21に比べて大きい
場合には、実際の圧力信号21が上昇して圧力設定値信号
18に追い付くまでに長い時間がかかり、その間はバイパ
ス弁８による圧力制御ができないためオーバシュートが
大きくなる。逆に小さ過ぎると、圧力検出器20が検出し
てしまう雑音にも反応し、バイパス弁８が開閉を繰返す
という問題がある。

また、圧力設定値信号18は、実際の圧力信号21に無関
係に変化するため、排熱回収ボイラ４で充分な蒸気が発
生していなかったり、あるいはバイパス弁８の圧力調節
演算器19が妥当に調整されていない等の場合には、実際
の圧力信号と圧力設定値信号18とがかけ離れてしまうお
それがある。

第10図は、実際の圧力信号21が充分上昇していないの
に、圧力設定値信号18だけが上昇してしまう場合を示
す。圧力設定値信号18の方が、実際の圧力信号21よりも
高い場合、バイパス弁８には閉指令が出力され、バイパ
ス弁８が閉まれば圧力は上昇するはずであるが、第10図
に符号23で示すように、バイパス弁８が既に全閉してい
る場合には、バイパス弁８で圧力を制御することはでき
ない。そして、バイパス弁８による圧力制御が不可能な
間、圧力設定値信号18は変化率制限器17により定まる一
定の割合で勝手に上昇し、その結果、実際の圧力信号21
と圧力設定値信号18とが大きくかけ離れてしまう。

圧力設定値信号18が、実際の圧力信号21よりもかけ離
れて大きいときに、何等かの原因、例えばガスタービン
２の排ガス温度が急激に上昇したり、あるいはガスター
ビン２の排ガスの流量が急増し、排熱回収ボイラ４での
蒸気発生量が急増すると、実際の圧力信号21は、圧力設
定値信号18まで制御なしで上昇する。その際、実際の圧
力信号21の上昇が急激なものであっても、実際の圧力信
号21が圧力設定値信号18を越えるまでは、バイパス弁８
による圧力制御は不可能となり、急激な圧力上昇を防ぐ
という目的を果すことができない。また、実際の圧力信
号21が圧力設定値信号18を越えたときに、初めてバイパ
ス弁８が開き始めることになるが、実際の圧力信号が急
であれば急であるほど、実際の圧力信号21がオーバシュ
ートしてしまい、制御性が悪い。

本発明は、かかる現況に鑑みなされたもので、圧力設
定値と実際の圧力とがかけ離れた値になるのを防止して
制御性を向上させ、プラント起動時の圧力制御をより安
全かつ確実に行なうことができる複合発電プラント制御
装置を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は、複合発電プラントにおいて、蒸気タービン
起動時に必要な圧力を圧力目標値信号として出力する圧
力設定器と、前記加減弁入側の実際の圧力の関数値を実
圧力目標値信号として出力する関数発生器と、前記圧力
目標値信号および実圧力目標値信号の入力によりそのう
ちの小さい値の信号を出力する低値優先回路と、この低
値優先回路からの出力信号を滑らかで所定の割合以上で
は変化しないような信号に変換し圧力設定値信号として
出力する変化率制限器と、前記圧力設定値信号と前記加
減弁入側の実際の圧力値とを比較しその偏差に応じた圧
力制御信号を出力して前記バイパス弁を制御する圧力調
節演算器とをそれぞれ設けるようにしたことを特徴とす
る。

（作用） 本発明に係る複合発電プラント制御装置においては、
圧力設定器から出力される圧力目標値信号と、関数発生
器から出力される実圧力目標値信号とが、低値優先回路
において比較され、そのうちの小さな値の信号が選択さ
れる。例えば、圧力目標値信号の方が実圧力目標値信号
よりも高い場合には、実圧力目標値信号が選択される。
そして、選択された信号は、変化率制限器を通って圧力
設定値信号となるので、圧力設定値信号を、実際の圧力
信号に追従させて変更したことになる。このため、圧力
設定値信号が、実際の圧力信号とかけ離れた値になるこ
とがなく、圧力の制御性を向上させることが可能とな
る。

（実施例） 以下、本発明を図面を参照して説明する。

第１図は、本発明の第１実施例に係る複合発電プラン
ト制御装置に示すもので、図中、符号30は圧力制御装置
である。この圧力制御装置30は、第１図に示すように、
蒸気タービン６（第７図参照）を起動するのに必要な圧
力目標値信号32を出力する圧力設定器31および実圧力目
標値信号34を出力する関数発生器としての加算器33を備
えており、前記両信号32,34は、信号選択器35にそれぞ
れ入力され、この信号選択器35は、蒸気タービン起動命
令が出される前はａ側を選択するとともに、蒸気タービ
ン起動命令が出された後はｂ側を選択し、これを圧力目
標値信号36として出力するようになっている。

前記加算器33は、第１図に示すように、加減弁５（第
７図参照）入側の圧力を検出する圧力検出器20からの実
際の圧力信号21と、設定器37からのバイアス値信号38と
に基づき、実際の圧力に所定のバイアス値を加えた値を
実圧力目標値信号34として出力するようになっており、
この実圧力目標値信号34は、前記信号選択器35からの圧
力目標値信号36とともに低値優先器39に入力されるよう
になっている。そして、この低値優先器39は、前記両信
号36,39のうち、常に値が小さな方の信号を出力信号40
として変化率制限器41に与えるようになっている。

この変化率制限器41は、前記低値優先器39からの出力
信号を、滑らかでしかも所定の割合以上では変化しない
ような信号に変換した後、この信号を圧力設定値信号42
として出力するようになっており、この圧力設定値信号
42は、第１図に示すように、前記圧力検出器20からの実
際の圧力信号21とともに圧力調節演算器43に入力される
ようになっている。そして、この圧力調節演算器43は、
前記両信号21,42を比較し、その偏差を解消させるよう
な圧力制御信号44を出力してバイパス弁８（第７図参
照）を制御するようになっている。

第２図は、前記圧力制御装置30による圧力制御状態を
示すもので、以下、第１図および第２図を参照して本実
施例の作用を説明する。なお、第２図は、第10図と同
様、蒸気タービン起動の昇圧過程で、何等かの原因で排
熱回収ボイラ４での蒸発量が減少して圧力の上昇が停滞
し、しばらく後に排熱回収ボイラ４での蒸発量が増加し
たと仮定した場合のバイパス弁８による圧力制御の状態
を示している。

蒸気タービン６の起動命令が出される前は、第１図に
示す信号選択器35はａ側を選択しており、信号選択器35
の出力である圧力目標値信号36は、加算器33からの実圧
力目標値信号34と同である。したがって、低値優先器39
の出力信号40は、実圧力目標値信号に等しい。

蒸気タービン６の起動前は、実際の圧力信号21は変化
しないため、実圧力目標値信号34も変化せず、よって低
値優先器39の出力信号40も一定値であり、したがって、
変化率制限器41の出力である圧力設定値信号42は、実圧
力目標値信号34と等しい。すなわち、圧力調節演算器43
には、実際の圧力信号21にバイアス値信号38を加えた値
が圧力設定値信号42として与えられている。

この状態で、蒸気タービン６の起動指令が与えられる
と、信号選択器35はｂ側を選択し、圧力目標値信号32が
圧力目標値信号36として低値優先器39に与えられる。低
値優先器39は、圧力目標値信号36と実圧力目標値信号34
とを比較し、いずれか小さい値の信号を出力する。ここ
で、実際の圧力信号21が、圧力目標値信号32に比較して
バイアス値信号38より小さければ、低値優先器39の出力
信号40は、実際の圧力信号21とバイアス値信号38の分し
か違わない実圧力目標値信号34となる。

低値優先器39からの出力信号40は、変化率制限器41を
通って滑らかに変化する信号に変換され、圧力設定値信
号42として圧力調節演算器43に与えられる。圧力調節演
算器43は、この圧力設定値信号42と実際の圧力信号21と
を比較し、その偏差が解消するような圧力制御信号44を
出力する。そしてバイパス弁８は、この圧力制御信号44
により開度制御される。

しかして、第２図に示すように、蒸気タービン６の起
動途中で排熱回収ボイラ４での蒸発が停滞し、実際の圧
力の上昇が停滞した場合には、圧力設定値信号42は、実
際の圧力信号21に追従して変化し、バイパス弁開度が零
であっても、再び排熱回収ボイラ４で蒸発が増加するま
での間に、圧力設定値信号42が実際の圧力信号21と大き
く違った値となってしまうといった不具合がない。

また、圧力の急激な上昇が起こったときは、圧力設定
値信号42は、変化率制限器41によって定まる一定値以内
の変化率で増加し、実際の圧力信号21が圧力設定値信号
42と一致するよう、バイパス弁８に圧力制御信号44が出
力される。このため、実際の圧力の上昇は、変化率制限
器41によって定まる値以上の圧力上昇率となることはな
い。

第３図は、本発明の第２実施例を示すもので、前記第
１実施例における圧力制御装置30に代え、圧力制御装置
50を用いるようにしたものである。

すなわち、この圧力制御装置50は、第３図に示すよう
に、第１図に示す圧力制御装置30の信号選択器35が省略
され、圧力設定器31からの圧力目標値信号32が直接低値
優先器39に入力されるようになっており、その他の構成
は、圧力制御装置30と同一になっている。

以上の構成において、蒸気タービン６の起動命令が出
される前は、圧力調節演算器43には、圧力設定値信号42
として、実圧力目標値信号34か圧力目標値信号32のいず
れかが与えられることになり、常に実圧力目標値信号34
が圧力設定値信号42となる前記第１実施例の場合と異な
る。

しかしながら、蒸気タービン６の起動命令が出た後
は、前記第１実施例と全く同一の動作となり、圧力制御
の状態も第２図と同一となる。

しかして、圧力制御装置50を用いても、前記第１実施
例と同様の効果が期待でき、しかも構成をより簡素化す
ることができる。

ところで、バイパス弁８による圧力制御では、圧力の
設定値は２つの目的を持っており、その第１は、蒸気タ
ービン６の起動時に圧力上昇させるに当って、急激な圧
力の変化を抑えて可及的滑らかに圧力を上昇させること
であり、第２は、蒸気タービン起動前や圧力が充分に上
昇しバイパス弁98が全閉した後に、急激な圧力の変化や
圧力が高くなり過ぎて加減弁５が呑み込みきれない蒸気
を逃がす他は、圧力検出器20の雑音を拾ってバイパス弁
８が開いたりすることがないようにすることである。第
１の目的のためには、バイアス値を小さくして実際の圧
力に可及的近い値を用いるのが好ましく、また第２の目
的のためには、雑音よりもある程度大きなバイアス値を
用い、バイパス弁８が開閉を繰返さないようにすること
が好ましい。

第４図は、このような点を考慮してなされた本発明の
第３実施例を示すもので、前記各実施例における圧力制
御装置30,50に代え、圧力制御装置60を用いるようにし
たものである。

すなわち、この圧力制御装置60は、第４図に示すよう
に、前記第２実施例における圧力制御装置50に、バイア
ス値信号38よりも大きな値のバイアス値信号62を出力す
る設定器61と、前記バイアス値信号62と実際の圧力信号
21との加算値を実圧力目標値信号64として出力する加算
器63と、前記実圧力目標値信号64と低値優先器39の出力
信号とを入力として出力信号66を変化率制限器41に与え
る信号選択器65とを追設した構成となっており、前記信
号選択器65は、蒸気タービン６の起動前はａ側を選択し
ているとともに、蒸気タービン６の起動時にはｂ側を選
択し、さらに蒸気タービン６の起動が完了した後は再び
ａ側を選択するようになっている。

以上の構成において、蒸気タービン６の起動前は、信
号選択器65はａ側を選択しており、信号選択器65の出力
信号66は、実際の圧力信号21に大きい方のバイアス値信
号62を加算器63によって加えた実圧力目標値信号64と等
しい。

一方、蒸気タービン６の起動時に必要な圧力として、
圧力設定器31からは圧力目標値信号32が出力されてお
り、さらに実際の圧力信号21に小さい方のバイアス値信
号38を加算器33によって加え合わせた値として、実圧力
目標値信号34が出力されている。これら両信号32,34は
低値優先器39に入力され、そのうちの小さい値の信号が
出力信号40として信号選択器65に入力される。一般に、
蒸気タービン６の起動前の圧力は、圧力目標値信号32の
値よりも低いので、低値優先器39からは、実圧力目標値
信号34と等しい値が出力信号40として出力されることに
なる。

この状態で、蒸気タービン６の起動命令で信号選択器
65がｂ側を選択すると、その出力信号66は、実際の圧力
信号21に小さい方のバイアス値信号38を加えた実圧力目
標値信号34と等しくなる。そして、この出力信号66は、
変化率制限器41によって所定値以下の変化率に抑えられ
た後、圧力設定値信号42として圧力調節演算器43に与え
られる。圧力調節演算器43は、圧力設定値信号42と実際
の圧力信号21とを比較し、両者の偏差を解消するよう
に、バイパス弁８に対し圧力制御信号44を出力する。

加減弁５入側の圧力が、蒸気タービン６を起動するの
に充分上昇し、加減弁５が開いてバイパス弁８が全閉し
た状態、すなわち蒸気タービン６の起動が完了したなら
ば、信号選択器65は再びａ側を選択し、圧力設定値信号
42は、実際の圧力信号21に大きい方のバイアス値信号62
を加えた実圧力目標値信号64と等しくなる。

第５図および第６図は、前述の圧力制御の状態をそれ
ぞれ示し、第６図において、符号70は加減弁開度であ
る。

しかして、蒸気タービン６の起動命令が出る前は、信
号選択器65がａ側を選択しているので、第５図に示すよ
うに、圧力設定値信号42は実際の圧力信号21からやや離
れた値となり、圧力検出器20の雑音を拾っても、バイパ
ス弁８が開閉を繰返すといった不具合がない。

また、蒸気タービン６の起動命令が出た後は、信号選
択器65がｂ側を選択するので、第５図に示すように、圧
力設定値信号42はより実際の圧力信号21に近い値とな
り、圧力を制御できない時間をさらに短縮して、圧力の
制御性をより向上させることができる。

さらに、蒸気タービン６の起動完了後は、信号選択器
65が再びａ側を選択するので、第６図に示すように、圧
力設定値信号42は実際の圧力信号21からやや離れた値と
なり、実際の圧力信号21にノイズが乗っても、バイパス
弁８が開閉を繰返すことがない。

なお、前記各実施例においては、いずれも一軸型の複
合発電プラントを例に採って説明したが、複数台のガス
タービンを有する二軸以上の多軸型の複合発電プラント
にも同様に適用できることは云うまでもない。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、圧力設定値信号を、加
減弁入側の実際の圧力の関数値で決定するようにしてい
るので、蒸気タービン起動時も含めて、バイパス弁を操
作することにより圧力を制御するに当って、圧力設定値
信号と実際の圧力信号とがかけ離れてしまうことがな
く、圧力の制御性を向上させてプラント起動時の圧力制
御をより安全かつ確実に行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例に係る複合発電プラント制
御装置を示すブロック図、第２図はこの装置によるバイ
パス弁の圧力制御の状態を示すグラフ、第３図は本発明
の第２実施例を示す第１図相当図、第４図は本発明の第
３実施例を示す第１図相当図、第５図および第６図はこ
の装置における圧力制御の状態をそれぞれ示すグラフ、
第７図は一般的な複合発電プラントの構成図、第８図は
従来の複合発電プラント制御装置を示すブロック図、第
９図および第10図は従来装置における圧力制御の状態を
それぞれ示すグラフである。 ２……ガスタービン、４……排熱回収ボイラ、５……加
減弁、６……蒸気タービン、８……バイパス弁、20……
圧力検出器、21……実際の圧力信号、30,50,60……圧力
制御装置、31……圧力設定器、32……圧力目標値信号、
33……加算器、34……実圧力目標値信号、37……設定
器、38……バイアス値信号、39……低値優先器、40……
出力信号、41……変化率制限器、42……圧力設定値信
号、43……圧力調節演算部、44……圧力制御信号。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ２２Ｂ 1/18 7526−3Ｌ Ｆ２２Ｂ 1/18 Ｅ (56)参考文献 特開 昭61−215408（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−197605（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−108808（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−197607（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−224404（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−72404（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭62−11167（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平６−80285（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭62−39655（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】任意台数のガスタービンと、このガスター
   ビンの排ガスを用いて蒸気を発生させるボイラと、この
   ボイラからの蒸気が加減弁を介し供給される蒸気タービ
   ンと、この蒸気タービンをバイパスして蒸気を流すバイ
   パス弁とで構成される複合発電プラントにおいて、前記
   蒸気タービン起動時に必要な圧力を圧力目標値信号とし
   て出力する圧力設定器と、前記加減弁入側の実際の圧力
   の関数値を実圧力目標値信号として出力する関数発生器
   と、前記圧力目標値信号および実圧力目標値信号の入力
   によりそのうちの小さい値の信号を出力する低値優先回
   路と、この低値優先回路からの出力信号を滑らかで所定
   の割合以上では変化しないような信号に変換し圧力設定
   値信号として出力する変化率制限器と、前記圧力設定値
   信号と前記加減弁入側の実際の圧力値とを比較しその偏
   差に応じた圧力制御信号を出力して前記バイパス弁を制
   御する圧力調節演算器とを具備することを特徴とする複
   合発電プラント制御装置。