JP2549195B2 - 複合サイクル発電プラントの補助蒸気供給方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明はガスタービンと排熱回収ボイラと蒸気タービ
ンとを組合わせた発電機軸が複数軸設置された複合サイ
クル発電プラントの補助蒸気供給方法に関するものであ
る。

（従来の技術） 複合サイクル発電プラントの起動時には、脱気蒸気や
蒸気タービンのグランドシール蒸気が必要であり、排熱
回収ボイラから十分な蒸気が供給される前には、このた
めの補助蒸気を他の設備から供給する必要がある。

多軸の複合サイクル発電プラントのどれかの軸が運転
しているときは、他の軸の起動時に必要とする補助蒸気
は運転中の軸から供給される。

第４図は、このような従来の補助蒸気供給方法の一例
を示すもので、簡単のために３軸の複合サイクル発電プ
ラントの場合を示している。

第４図において、複合サイクル発電プラントの１つの
軸１は次のようにして起動される。すなわち、補助蒸気
管２には補助ボイラ３が接続されており、起動時は流入
弁４を開にして補助ボイラ３から補助蒸気を供給し、こ
れを脱気蒸気および蒸気タービン９のグランド蒸気とし
てガスタービン５を起動する。

ガスタービン５の排ガスは排熱回路ボイラ６に入り、
復水器７から給水ポンプ８で送られる給水を加熱して蒸
気を発生させ、これで蒸気タービン９を駆動し、ガスタ
ービン５と蒸気タービン９の両方で発電機10を駆動して
電力を発生する。

ガスタービン５の出力が増加すると発生蒸気量も増加
し、補助蒸気は必要がなくなるので流入弁４を閉める。
さらに発生蒸気量が増加すると他軸への蒸気供給が可能
となるので、流出弁11を開にし、調節弁12を通して補助
蒸気母管２に補助蒸気（以後、供給蒸気と呼ぶ）を供給
する。

各軸制御装置13は補助蒸気母管の圧力を検出する圧力
センサ14から圧力信号を入力し、所定の圧力となるよう
に調節弁12を開閉制御する。

このようにして複合サイクル発電プラントの１つの軸
が運転されて供給蒸気を出しはじめると、補助ボイラ３
は停止される。

複合サイクル発電プラントの他の軸15,16を起動する
ときは、軸１からの供給蒸気を用いて起動を行い、他の
軸も出力の増加によって同様に供給蒸気を出す。

その後、複合サイクル発電プラントの１つの軸を停止
させるときは流出弁11を閉にし、流入弁４を開にして複
合サイクル発電プラントの運転中の他の軸からの供給蒸
気を用いて補助蒸気を確保した後にガスタービン５と蒸
気タービン９を停止させる。

（発明が解決しようとする課題） 上記従来の補助蒸気供給方法では補助蒸気母管圧力を
一定に保つように調節弁が開閉されるので、すでに運転
中の軸から供給蒸気が出されて母管圧力が確立される
と、次に起動する軸の圧力調節弁は閉したままとなり、
従って最初に起動した軸だけに供給蒸気の負担が集中
し、後発の軸からは供給蒸気が出ないという現象が生ず
る。

このように特定の軸だけに供給蒸気が集中すると、そ
の軸だけ大きな負担がかかり、この流出分を補充するた
めに多量の補給水を受入れる必要があり、効率低下を招
くだけでなく最悪の場合には運転に支障を招く恐れがあ
る。

また複合サイクル発電プラントは、本来高い熱効率を
有することを特徴としており、従って各軸ができるだけ
均等に流出蒸気を供給することが望ましい。

本発明は、各軸での供給蒸気が均等になるような補助
蒸気の供給方法を提供することを目的としており、特に
次の事項を考慮している。

（１） 均等化の補正のために補助蒸気管の圧力が急激
に変動することは避ける必要がある。また後発で起動
し、供給蒸気の供給が可能となったばかりの軸は、先発
の軸に比較して蒸気の発生量や圧力が小さく、早急に均
等化を行うことはかえって不都合を招く。従って均等化
は比較的時間をかけてゆるやかに行うことが望ましい。

（２） 厳密な均等化を行うと、金軸の調節弁が常に微
小な開閉動作を継続し、それに伴なって常に補助蒸気母
管の圧力が変動する。母管の圧力は安定化させることが
必要であり、従って均等化の目標を設定して均等化が達
成できた後は、調節弁の挙動が安定するような方法が望
ましい。

（３） 発電所の全軸が運転中は、発電所全体で消費さ
れる補助蒸気量がほとんどゼロに近い値となる。このよ
うな状態で各軸に均等に供給蒸気の量を分担させると各
軸の調節弁は微開となり、弁体に悪い影響を与えるの
で、消費される補助蒸気量が少いときは無理な微開運転
は避けることが望ましい。

（４） 均等化を実現するには、圧力センサと制御装置
とを統一して同じ制御指令で各軸の圧力調節弁を制御す
る方法が最も簡単であるが、これでは１箇所の故障が発
電所全体に影響を及ぼし、複数軸で構成されて危険分散
が図られている複合サイクル発電所の特徴が生かされな
い。制御装置やセンサの故障などの事故を想定した場
合、各軸の制御装置で圧力制御を行い、均等化の補正信
号は別個にバイアス信号として与えることが望ましい。

すなわち本発明は、これらの点を考慮した上で、各軸
の供給蒸気が均等になるような複合サイクル発電プラン
トの補助蒸気供給方法を提供することを目的としてい
る。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段および作用） 本発明は、各軸ごとに供給蒸気量を検出する流量セン
サと流出弁の全開を検知する計器を設けると共にそれら
の信号を入力する統括制御装置を設け、所定の演算に従
って各軸に対するそれぞれのバイアス指令を各軸制御装
置に出力するようにしている。

統括制御装置には、各軸の中で供給蒸気量が最も少い
軸を選択する選択回路と、各軸に対応するパルス発生器
を備え、選択された軸の調節弁の開度を増加させるパル
ス信号を発生する手段と、各軸間の供給蒸気差の最大差
を算出する手段と、各軸の供給蒸気量の総和を求め、そ
の値を流出弁が全開している軸数で徐算して平均供給蒸
気量を算出する手段と、上記の最大差と平均供給蒸気量
が所定値以上のときに上記のパルス信号を発生させる手
段が設けられ、このパルス信号を調節弁の開操作を行う
バイアス指令として使用している。

また、上記の平均供給蒸気量が所定値以下のときは、
各軸の供給蒸気量が所定値以上であるか否かを判断し、
所定値以上である軸の間で供給蒸気量が最も少い軸を選
ぶ選択器と、各軸に対応するパルス発生器と、調節弁が
微開していることを検出する検出回路を設け、この検出
回路の出力が成立しているときに、パルス信号を発生さ
せる手段を設け、このパルス信号を調節弁の開操作を行
うバイアス指令として使用する 供給蒸気が最も少ない軸を選び、その軸の各軸制御装
置に対して調節弁を開けるようにパルス信号でバイアス
指令を与えると、各軸制御装置は調節弁を開操作し、そ
の軸の供給蒸気を増加させる。これによって補助蒸気母
管圧力が一時的に上昇し、その結果他軸の調節弁は閉っ
て供給蒸気が減少する。バイアス指令は所定の周期で繰
返されるパルスなので、このような補正を繰返すことに
よって各軸の供給蒸気量が均等化される。

均等化の達成は、各軸間の供給蒸気量の最大値を算出
し、その値が所定の裕度以下になったことで判断され、
これが達成されるとバイアス指令は出力されない。また
発電所全体の供給蒸気量の総和から、それを各軸に分配
した平均供給蒸気量を算出し、その値が調節弁の許容値
以下となったときは、均等化を行うと調節弁自体に悪影
響があるのでバイアス指令が出力されないようにする。

さらに調節弁に対する悪影響を軽減するために、供給
蒸気量が所定値以上である軸を選択し、それらの内で供
給蒸気量最も少い軸を選んで調節弁を開き、これによっ
て微開状態の調節弁を全閉させ弁体に対する悪影響を防
止する。この動作は微開している調節弁が１つでも検出
されている間は継続され、最終的に供給蒸気量が多い軸
間で均等化が達成され、それ以外の軸が調節弁が全閉と
なる。

（実施例） 本発明の一実施例を第１図に示す。

第１図において、複合サイクル発電プラントの各軸に
は、供給蒸気量を検出するセンサ17と、流出弁11の全開
状態を検出する計器18が設けられ、それらの信号は統括
制御装置19に入力される。

統括制御装置19は後述する判断回路によって各軸ごと
のバイアス指令ａを出力して各軸制御装置13に入力す
る。

統括制御装置19の内部に構成される判断回路の一例を
第２図に示す。

第２図において統括制御装置19は、各センサ17から各
軸の供給蒸気量を入力して全軸の総供給蒸気量ｂを算出
する加算器20と、各計器18から各軸の流出弁全開の接点
を入力して補助蒸気供給が可能な軸数ｃを演算する加算
器21と、上記総供給蒸気量ｂを軸数ｃで徐算して平均供
給蒸気量ｄを算出する除算器22と、所定の制限値ｅと平
均供給蒸気量ｄとを比較し、ｄ＞ｅのときに接点出力ｆ
を出力する比較器23と、各軸の供給蒸気量を入力してそ
の最大値ｇを選択する最大値選択器24と、同じく最少値
ｈを選択する最少値選択器25と、最大値ｇから最少値ｈ
を減算して最大偏差ｉを算出する減算器26と、最大偏差
ｉと所定の裕度ｊとを各軸の供給蒸気量を比較し、最も
小さい値の軸を選択し、この軸のみの接点出力ｌを出力
する選択器28と、上記の接点出力ｆとｋとｌの全部が出
力されたことを検知して各軸ごとの接点出力ｍを出力す
るAND回路29,30,31と、接点出力ｍが出力されている
間、一定周期のパルスをバイアス指令ａとして出力する
各軸ごとのパルス発生器32,33,34を備えている。

第１図および第２図において、各軸制御装置13は従来
の場合と同じように補助蒸気母管圧力を所定の値にする
ように調節弁12を制御している。

統括制御装置19は各軸間の供給蒸気量の均等化を行う
ために、供給蒸気量が少い軸に対して調節弁の開度を増
大するようにバイアス指令ａを出力する。

このバイアス指令ａを受けた各軸制御装置13は調節弁
12の開度を大きくし、その結果補助蒸気母管圧力が上昇
し、それを受けて他軸の調節弁12は開度を小さくし、こ
れによって軸管の供給蒸気量が均一化される。

バイアス指令ａはパルス発生器32,33,34からある周期
のパルスとして出力されるので、調節弁１は少しずつ開
操作が行行われ、補助蒸気母管圧力の急激な変動がない
ゆるやかな均等化が行われる。

バイアス指令ａは、最も供給蒸気量が少い軸を選択器
28で選択し、接点出力ｌが出力された軸のみにあたえら
れるので、最も供給蒸気量が少い、すなわち最も後発で
起動された軸に最優先でバイアス指令ａが与えられる。
またバイアス指令ａは複数の軸に同時に出力されること
がないので、母管圧力に大きな外乱を与えることがな
い。

補正を行って、ある軸の供給蒸気が増えた結果として
他軸の供給蒸気の方が少くなったときは、この軸に対し
て同様な補正が行われる。

また最大値選択器24と最小値選択器25によって最大値
ｇと最小値ｈを求め、最大偏差ｉが裕度ｊより大きい場
合のみ、比較器27から接点出力ｋを出力し、そのときだ
けバイアス指令ａが許可されるようにしているので、各
軸の供給蒸気量の偏差が所定の裕度となるまで均等化の
補正が行われ、ある程度の均等化が達成されて偏差が裕
度以下になると補正を中止して母管圧力を安定化させ
る。

また、加算器20,21と除算器22とを用いて発電所全体
の総供給蒸気量ｂを求め、これを供給蒸気を出している
軸数ｃで除算し、平均供給蒸気量ｄを算出しており、こ
の平均供給蒸気量ｄは均等化を行ったときに各軸が分担
する供給蒸気量であるが、調節弁12には最小流量の制限
値があるので、これより少ない供給蒸気量になると問題
がある。

そこで、比較器23によって制限値ｅと平均供給蒸気量
ｄを比較し、ｄ＜ｅのときは接点出力ｆを出力せず、従
って均等化は行われず、各軸の調節弁12は現在の開度を
維持するので弁体への悪影響を避けることができる。

以上の動作によって発電所全体で消費される補助蒸気
量が多量であり、各軸に配分しても問題ないときは、各
軸間の供給蒸気量の差がある裕度内に入るように均等化
が行われる。また統括制御装置が故障しても、バイアス
指令が出力されないだけであり、各軸制御装置はそれぞ
れの圧力制御を継続するので、システム全体の信頼性を
低下させることはない。

本発明に用いられる統括制御装置19内の判断回路の他
の例を第３図に示す。

第３図において、統括制御装置19は各軸ごとのバイア
ス指令ｎを出力し、第２図による各軸ごとのバイアス指
令ａとOR回路35,36,37でORをとって各軸制御装置13に出
力している。

すなわち、センサ17で検出された供給蒸気量を、所定
の制限値ｅと比較して、供給蒸気量が制限値ｅより大き
いときに、接点出力０が出力されていないときは、供給
蒸気量ｐの出力を行わない切替器41,42,43と、各軸の供
給蒸気量ｐを比較して最も小さい値を示す軸のみの接点
出力ｑを出力させる選択器44と、供給蒸気量がゼロ以上
で制限値ｅ以下のとき接点出力ｒを出力する比較器45,4
6,47と、各軸の接点出力ｒをORで検知して接点出力Ｓを
出力するOR回路48と、上記供給蒸気量ｐ内で最大偏差が
所定の裕度ｊより大きいときに接点出力ｔを出力する最
大値選択器49、最小値選択器50、減算器51および比較器
52と接点出力Ｓと接点出力ｔをORで検知して接点出力ｕ
を出力するOR回路53と、接点出力ｑと接点出力ｕと接点
出力ｆの否定条件の全部が成立したときに接点出力ｕを
出力するAND回路54,55,56と、接点出力ｕが入力されて
いる間、一定の周期のパルスを発生し、バイアス指令ｎ
として出力するパルス発生器57,58,59と、バイアス指令
ａとｎをORで出力するOR回路35,36,37を設け、OR回路3
5,36,37の出力をバイアス指令として各軸制御装置に対
して出力する。

前記第２図の例は平均供給蒸気量ｄが大きい場合であ
り、従って接点出力ｆが出力されたときにバイアス指令
ａを出力しているが、第３図の例は接点出力ｆが成立し
ないときにもバイアス指令ｎを出力するようにしたもの
である。

このため、比較器41,42,43を設けて、供給蒸気量が制
限値ｅより大きい軸だけの供給蒸気量ｐを選択器44に入
力し、それ以外の供給蒸気量ｐは選択器44に入力してい
ないので、選択器44では供給蒸気量が制限値ｅより大き
い軸の中で最も小さい値を示す軸が選択されて接点出力
ｑが出力され、この軸に対してバイアス指令ｎを与え、
第２図の場合と同様にして調節弁12を徐々に開き、供給
蒸気量が制限値ｅ以上にある軸間で均等化補正を行う。
調節弁12を徐々に開いてゆくので、供給蒸気量が制限値
ｅ以下の調節弁に対しても均等化の動作が行われる。

均等化の達成条件は、第２図の場合と同様に軸間の供
給蒸気量の最大偏差が裕度ｊより小さくなったことで判
断するが、第３図ではさらに比較器45,46,47を設け、供
給蒸気量がゼロ以上で制限値ｅ以下の状態、すなわち調
節弁12が微開状態に保持されていることを接点出力ｒで
検知し、１軸でもこの状態で運転されていることを判断
し、各軸の接点出力ｒをORで検出して接点出力ｓとし、
この接点出力ｓが成立している間は均等化の補正を継続
する。接点出力ｒは調節弁12が全閉となると供給蒸気量
がゼロとなるので成立しなくなる。

これによって、全軸の微開の調節弁が全閉となるまで
均等化補正が行われ、これらが負担していた供給蒸気量
を開度の大きい調節弁に振り向けることが可能となり、
これによって調節弁の弁体にとって悪影響のある微開状
態での運転が防止され、供給蒸気が多量に供給している
軸間での均等化が安全に行われる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、統括制御装置に
よって供給蒸気量が最も少い軸を選択し、その軸に対し
て短かいパルス信号の繰返しでバイアス指令を与え、調
節弁を徐々に開くようにしているので、補助蒸気母管の
圧力に大きな変動を与えることなく各軸の供給蒸気量を
均等化することができる。

この均等化達成の目標としては、最大値選択器と最小
値選択器を用いて各軸間の供給蒸気量の最大偏差を算出
し、偏差がある裕度内に入るまでは上記のバイアス指令
を出すことによって供給蒸気量の差が裕度内になるよう
に均等化する。均等化が達成された後はバイアス指令を
出さないので、補助蒸気母管圧力の安定化を図ることが
できる。

また、各軸の供給蒸気量を加算して発電所全体の総和
を求め、これを供給蒸気を出している軸の数で分配して
平均の供給蒸気量を算出し、この値が調節弁の許容する
流量以下の場合はその軸の均等化動作を行わないように
しているので、微開による調節弁への悪影響を避けるこ
とができる。

さらに、供給蒸気量の多い軸を選び、その中で供給蒸
気量が最も少い軸に対してバイアイス指令を与え、微開
で運転している調節弁がある間、これを継続することに
よって微開の調節弁を全閉させ、それ以外の蒸気量が多
い軸間で均等化を行うようにすることもできる。

以上の動作によって特定の軸に供給蒸気が集中するよ
うな不都合がなくなり、安全で確実な複合サイクル発電
プラントの補助蒸気供給が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す系統図、第２図は第１
図における統括制御装置の第１の例を示す回路図、第３
図は同じく第２の例を示す回路図、第４図は従来の複合
サイクル発電プラントの補助蒸気供給方法の一例を示す
系統図である。 1,15,16……発電プラント軸、２……補助蒸気母管 ３……補助ボイラ、４……流入弁 ５……ガスタービン、６……排気回収ボイラ ７……復水器、８……給水ポンプ ９……蒸気タービン、10……発電機 11……流出弁、12……調節弁 13……各軸制御装置、14……圧力センサ 17……蒸気量センサ、18……計器 19……統括制御装置、20,21……加算器 22……除算器 23,27,38,39,40,41,42,43,45,46,47,52……比較器 24,49……最大値選択器、24,49……最大値選択器 25,50……最小値選択器、26,51……減算器 28,44……選択器、29,30,31,54,55,56……AND回路 32,33,34,57,58,59……パルス発生器 41,42,43……切替器、35,36,37,48,53……OR回路

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】それぞれガスタービン、蒸気タービン、発
   電機および排熱回収ボイラを主構成要素とする複数の発
   電軸から成る複合サイクル発電プラントの各排熱回収ボ
   イラがそれぞれの調節弁を介して共通の補助蒸気母管に
   接続され、排熱回収ボイラで発生する蒸気を、それぞれ
   各軸制御装置で制御されるそれぞれの調節弁および共通
   の補助蒸気母管を介して他の発電軸へ補助蒸気として供
   給する複合サイクル発電プラントの補助蒸気供給方法に
   おいて、各発電軸ごとにそれぞれの補助蒸気供給量を検
   出する蒸気量センサおよび補助蒸気供給動作状態にある
   ことを検出する計器を設けると共に、上記各軸の検出信
   号を入力し、所定の演算によって各軸制御装置の出力す
   る調節弁の開度操作信号にそれぞれ付加されるパルス状
   のバイアス信号を各軸ごとに出力する共通の統括制御装
   置を設け、上記統括制御装置内で各軸の蒸気供給量を比
   較し、その最大偏差、平均値、および所定の各許容動作
   制御値に対応して、各軸からの蒸気供給量が均等化され
   るようなバイアス信号を演算することを特徴とする複合
   サイクル発電プラントの補助蒸気供給方法。