JP2572404B2 - 混圧タービンの制御方法及び同制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高圧蒸気系統と低圧蒸気（アドミツシヨン
蒸気）系統及び抽気系統を有する混圧タービンの前記低
圧部の過負荷及び過熱を防止または制御する方法及び装
置に関するものである。

〔従来の技術〕

近年、高効率発電プラントとして、圧縮機を有するガ
スタービンと、上記ガスタービンの排ガス熱を回収する
ボイラと、該ボイラの発生蒸気で駆動される蒸気タービ
ンとからなる複合サイクルプラントの運用が多くなつて
いる。

この複合サイクルプラントの系統概念を第５図に示
す。

この図に示す従来例の複合サイクルプラントでは、ガ
スタービン１から排出される排ガスの有している顕熱を
非熱回収ボイラ２に回収される。該排熱回収ボイラ２に
は高圧ドラム３と低圧ドラム４とが配備されており、高
圧ドラム３は蒸気タービン５の主蒸気系統６へ、低圧ド
ラム４は低圧蒸気系統７へ接続されている。

蒸気タービン５は発電機８を駆動してその蒸気は復水
器９からヒータ10を経過して排熱回収ボイラ２に戻るサ
イクルが構成されている。

前記従来の複合サイクルプラントでは、発電出力の割
に建設用敷地面積を少ないこともあり、内陸部での使用
も多く、従つて復水器冷却水にクーリングタワーを使用
しており真空度が悪い場合が多い。

また複合サイクルプラントは、系統外へ抽気を利用す
る抽気タービンを蒸気タービンとしている場合も多く、
常用負荷と最大負荷とが大きく相違することが多い。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前記蒸気タービンの最終段翼長が小さい場合には、真
空度の悪いプラントや、常用負荷帯では排気損失を低減
出来ることから大きな利得がある一方、最終段の高性能
維持のため翼巾にも限界があり、その結果、最終段の流
量制限がある。

第７図に示す低圧タービンの流量制限図のうち高負荷
域での運転不可範囲は、上に記載した最終段の流量制限
によるものである。

また第７図に示す如く、低負荷域でも連続運転不可範
囲が存在するので、以下にその理由を説明する。

第８図に示す如く蒸気タービンの膨張線は低負荷にな
ると、主として主蒸気加減弁の絞りにより、エントロピ
Ｓが増大する側となり、排気点のエンタルピは過熱域と
なる。最終段には排気スプレーが作動して排気温度を上
昇させない様にしているが、最終段以外の低圧タービン
翼は低負荷になると第９図の如く過熱されるという不具
合があり、低負荷域での連続運転不可範囲が存在すると
いう不具合があつた。

上記従来技術は、蒸気タービンの高負荷域及び低負荷
域での運転範囲を制限し、複合サイクルプラントに多く
使用される蒸気タービンの運用範囲を著しく低下させる
という問題があつた。

本発明の目的は、蒸気タービンの低圧部をコンパクト
な形状にして常用負荷の場合、又は真空度の悪い状態で
も高効率が得られる様にしつつ、かつ同一タービンで従
来にない高出力が得られるようにすること、さらには低
負荷帯で蒸気タービンが抱える過熱の問題を無くし、高
負荷域及び低負荷域とも、その運用範囲を大幅に拡大せ
しめること、そして前記拡大せしめた運用範囲において
高効率を維持出来る様にすることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、高負荷域において該当の低圧最終段の上
流から出気することにより低圧最終段へは流量を制限
し、一方、その上流段では増加流量により出力を増加さ
せることによつて達成される。

また低負荷域においては該当の低圧部へ蒸気を投入し
て、低圧部の蒸気量の減少を防止することにより達成さ
れる。

高負荷域及び低負荷域とも高効率を確保することは、
該当低圧タービンの上流で計測した圧力を下流側圧力に
圧力比相当演算し、該演算した値と下流側の実測圧力と
を比較しその偏差により出圧弁あるいはアドミツシヨン
弁を制御することにより達成できる。

〔作用〕

下流側圧力は、予め設定した制限流量相当の圧力と比
較し、該制限値までの圧力を下流側実測圧力として用
い、該実測圧力を上流側圧力の圧力比相当演算した圧力
と比較し偏差をつて該偏差に応じて必要最低限の蒸気を
投入し、或いは出気することにより、高効率を維持する
とともに運用範囲を大幅に増加せしめることが出来る。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面に沿つて説明する。第
１図は本発明の一実施例である複合サイクルプラントの
系統図である。

ガスタービン１から排出される排ガスは、排熱回収ボ
イラ２に加熱流体として流入する。

該排熱回収ボイラ２は高圧ドラム３と低圧ドラム４と
が配備されており、高圧ドラム３は蒸気タービン５の主
蒸気系統６、低圧ドラム４は低圧蒸気系統７へ接続され
ている。この低圧蒸気系統は他缶の補助蒸気が投入され
る場合もある。蒸気タービンは産業用に蒸気を使用する
プロセス蒸気抽気系統11の他、自己サイクルの熱回収用
にヒータ10が設置されている。このヒータ10へ回収され
なかつた蒸気タービン排気蒸気は復水器９から復水ポン
プ12、ヒーた10、給水ポンプ13を経由して排熱回収ボイ
ラ２に戻る系統を構成している。

本実施例の制御系統は低圧タービンの出気コントロー
ル弁14よりも下流段の圧力を検出する圧力検出器15、出
気コントロール弁14の上流段の圧力を検出する圧力検出
器16、該上流側圧力検出器16で検出した圧力を下流側圧
力検出器15の圧力まで圧力比相当演算する演算器17、予
め最終段流量の制限値相当まで制限した圧力を設定した
設定器18、該設定器18の設定圧力と前記下流段の検出器
15で検出した圧力とを比較して設定圧力までの検出下流
側圧力を通過させる比較器19、該比較器を通過した検出
下流側圧力信号と前記演算器で演算した圧力との圧力偏
差を演算する演算器20、該演算器の出力信号により高負
荷事象か低負荷事象かを判定する判定器21、該判定器21
により高負荷事象時と判定された際の信号を受けとつ
て、出気コントロール弁14の開度を前記演算器20にて演
算した圧力偏差相当に演算する演算器22、判定器21によ
り低負荷事象時と判定された際の信号を受けとつて低圧
蒸気コントロール弁23の開度を前記演算器20にて演算し
た圧力偏差相当に演算する演算器24、前記演算器22の信
号にて出力コントロール弁14の開度を調整する弁開閉器
25、演算器24の信号にて低圧蒸気コントロール弁23の開
度を調整する弁開閉器26にて構成される。

第７図に示した従来例の連続運転可能範囲は、低圧タ
ービン流量が負荷にほぼ比例するため、低負荷域及び高
負荷域で制限されたものである。これに比して本実施例
においては第２図に示す如く低負荷域及び高負荷域で低
圧蒸気タービンの流量の制限値を確保するものである。
蒸気タービン段落圧力は次段を通過する流量にほぼ比例
することから、第３図に示す如く圧力検出器16で検出さ
れた圧力は特性線Ａを示し、圧力検出器15で検出された
圧力は特性線Ｂを示す。第３図の特性線C1及びC2は第２
図の流量制限値相当の圧力制限値であり前記設定器18に
予め記憶される。

第３図の特性線Ａは前記演算器17にて特性線Ｂの傾き
と同一になるよう、段落圧力比相当を演算し特性線D1,D
2,及びD3とする。

比較器19では圧力検出器15で検出した圧力と予め設定
器18で設定した圧力設定値と比較し該圧力設定値までの
検出器15の実測圧力を通過させる。

演算器20では、圧力変換演算器17の演算結果と比較器
19からの実測圧力とを比較し、圧力偏差を演算する。下
流側検出器15の実測圧力は段落流量によって変化する
が、最終的には高負荷側では設定器18による圧力制限値
C1までに制限され、低負荷側では圧力制限値C2までに制
限される。したがって、高負荷域では圧力変換演算器17
の圧力特性線D1と検出器15の実測圧力（最終的には圧力
制限値C1）との圧力偏差、低負荷域では圧力変換演算器
17の圧力特性線D2と検出器15の実測圧力（最終的には圧
力制限値C2）との圧力偏差を第４図の如く演算して、こ
の圧力偏差相当の開度信号を、（イ）高負荷域では出気
コントロール弁14に与え出気蒸気を低圧側ヒータに回収
し、（ロ）低負荷域では低圧蒸気コントロール弁23に与
え、制御するものである。高負荷域においては、（ｉ）
出気コントロール弁14で出気しない場合には、圧力検出
器にて検出された圧力は特性線D1の如く制限値C1を越
え、低圧段落、特に最終段の過負荷となる。（ii）本実
施例においては、前記制御により、制限値C1を確保しつ
つ蒸気タービンの負荷を増加出来る。

低負荷域においても上記と同様に、（iii）低圧蒸気
コントロール弁23で蒸気投入しない場合は圧力検出器15
にて検出された圧力は特性線D2の如く制限値C2を下まわ
り低圧段落、特に最終段前段の過熱となるが、（iv）本
実施例においては前記制御により、制限値C2を確保しつ
つ蒸気タービンの負荷を減少出来る。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかな如く、本発明の方法および装
置によれば、高圧蒸気系統、低圧蒸気系統または抽気系
統を有する混圧タービン（あるいは抽気タービン）にお
いて、通常運転中の排気損失を少なく確保しつつ、高負
荷域においては低圧タービン特に最終段の過負荷を防止
しながら増出力が出来、また低負荷域においては低圧タ
ービン特に最終段前の過熱を防止しながら低出力運転が
出来る。

この増出力運転及び低出力運転は、段落圧力検出と演
算器等の組合せにより、必要最低限の出気あるいは蒸気
投入量で正確に実施出来、従来の蒸気タービンの能力を
大幅に向上させ、プラントの運用能力を大幅に向上出来
るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す複合サイクルプラント
の系統構成ならびに制御図、第２図は上記実施例におけ
る運転可能範囲を示す図表、第３図及び第４図は上記実
施例の作用、効果を説明するための図表である。 第５図は従来の複合サイクルプラントの系統構成図、第
６図は低圧タービン排気損失説明図、第７図は従来例の
運転可能範囲を示す図表、第８図は低負荷域で温度上昇
することを説明するためのｉ−ｓ線図、第９図は第８図
の温度と負荷との関係を示す図表である。 １……ガスタービン、２……排熱回収ボイラ、３……高
圧ドラム、４……低圧ドラム、５……蒸気タービン、６
……主蒸気系統、７……低圧蒸気系統、８……発電機、
９……復水器、10……ヒータ、11……プロセス蒸気抽気
系統、12……復水ポンプ、13……給水ポンプ、14……出
気コントロール弁、15……圧力検出器、16……圧力検出
器、17……圧力変換演算器、18……設定器、19……比較
器、20……圧力偏差演算器、21……判定器、22……開度
演算器、23……低圧蒸気コントロール弁、24……開示演
算器、25……弁開閉器、26……弁開閉器。

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高圧蒸気系統、低圧蒸気系統、及び抽気系
   統を備えた混圧タービンの制御方法において、上記抽気
   系統の抽気段の上流側圧力を下流側圧力に圧力比相当演
   算し、該演算した値と下流側圧力とを比較して、高負荷
   事象のとき上記抽気段落の負荷管理、低負荷事象のとき
   上記抽気段落の温度管理を行なうことを特徴とする混圧
   タービンの制御方法。
2. 【請求項２】上記抽気段落の負荷管理は、該抽気段落よ
   りも上流例から出気して当該抽気段落の過負荷を防止す
   るものであることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の混圧タービンの制御方法。
3. 【請求項３】上記抽気段落の温度管理は、該抽気段落よ
   りも上記流側に低圧蒸気を導入して当該抽気段落の過熱
   を防止するものであることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の混圧タービンの制御方法。
4. 【請求項４】上記抽気段落の負荷管理及び温度管理は、
   低圧蒸気導入弁、アドミッション弁、及び抽気弁の内
   の、少なくとも何れか一つを制御して行うことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項乃至第３項の何れか一つに記
   載の混圧タービンの制御方法。
5. 【請求項５】高圧蒸気系統、低圧蒸気系統、及び抽気系
   統を備えた混圧タービンの制御装置において、上記抽気
   系統の抽気段の上流側圧力を検出する圧力検出器及び下
   流側圧力を検出する圧力検出器と、該検出上流側圧力を
   下流側圧力に圧力比相当演算する圧力変換演算器と、予
   め最終抽気段流量の上限及び下限制限値相当まで制限し
   た圧力値を設定する設定器と、上記検出下流側圧力と上
   記設定器の圧力設定値とを比較し該圧力設定値までの上
   記検出下流側圧力信号を通過させる比較器と、上記圧力
   変換演算器の演算結果と上記比較器からの検出下流側圧
   力信号との圧力偏差を演算する圧力偏差演算器と、該圧
   力偏差演算器の演算結果に基づいて高負荷事象か低負荷
   事象かを判定する判定器と、該判定器により高負荷事象
   と判定されたとき上記圧力偏差演算器の出力に応じて上
   記当該抽気段よりも上流側から出気して当該抽気段の過
   負荷を防止する手段と、上記判定器により低負荷事象と
   判定されたとき上記圧力偏差演算器の出力に応じて上記
   当該抽気段よりも上流側に低圧蒸気を導入して当該抽気
   段の過熱を防止する手段と、を設けたことを特徴とする
   混圧タービンの制御装置。