JP2575482B2 - 蒸気タービンサイクルにおける脱気器圧力制御装置 - 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、蒸気タービンサイクルにおける脱気器圧力
制御装置に係り、特に脱気加熱室の圧力が補助蒸気の供
給量により調整されるようにした蒸気タービンサイクル
における脱気器圧力制御装置に関する。

（従来の技術） 一般に蒸気タービンプラントにおける復水ラインに
は、復水中の酸素、炭素ガスを除去するための脱気器が
設置され、ボイラ、その他付属装置を腐触させないよう
にしている。

この脱気器には種々な形式のものがあるが、代表的な
ものとしては脱気加熱室と貯水タンクとを内部配管と均
圧配管とにより連結した構造のものがよく用いられてい
る。

この脱気器およびその蒸気圧力制御装置は、第３図お
よび第４図に示すようなもので以下これについて説明す
る。

全体を10で示す脱気器は、脱気加熱室11と貯水タンク
12とからなり、これ等が図示のように内部配管13と均圧
配管14とにより連結されている。脱気加熱室11の上部に
は蒸気タービンサイクルの復水器等に接続される復水管
15が連結され脱気器水位調整弁16により調整された復水
が脱気加熱室11に流される。この復水管15が開口する脱
気加熱室11の内部にはスプレイ17が設けられ復水管15か
ら流された復水が微粒子とされる。前記脱気加熱室11の
側部には蒸気タービンに連結され逆止弁18を有する抽気
管19が連結され、この抽気管19から蒸気タービンの加熱
抽気蒸気が供給される。この加熱抽気蒸気は脱気加熱室
11の内部で前記微粒子に接触させられ、前記微粒子が飽
和温度の高温蒸気と酸素、炭素ガス等の非擬縮性ガスと
に分離される。この高温蒸気は脱気加熱室11の壁等で擬
縮させられ飽和温度の復水として前記貯水タンク12に貯
蔵され、また、非擬縮性ガスは脱気加熱室11の上部から
ベンドコンデンサ（図示せず）を介して大気に放出され
復水の脱気が行われる。

前記貯水タンク12には給水ポンプ20が設けられ、この
給水ポンプ20により蒸気タービンサイクルのボイラ等に
貯水タンク12の復水が送られる。また、この貯水タンク
12の復水は、タービンプラントが緊急停止した場合にお
いてボイラ等の給水源して利用され、あるいは復水供給
量が変動した場合における供給量の変動防止用の調整水
源として使用される。

そこで貯水タンク12には復水の水位を検出する水位検
出器21が設けられ、この信号により調節計22を介して前
記脱気器水位調整弁16が調整され蒸気タービンサイクル
の復水管15から復水が脱気加熱室11に供給され所定水位
を維持し得るようになっている。

また、蒸気タービンプラントでは起動からある負荷
（一般的に約25％負荷）までは抽気蒸気が得られないの
で、この期間中においては脱気加熱室11への加熱脱気用
の加熱蒸気は補助蒸気発生装置（図示せず）の補助蒸気
が使用される。そのため脱気加熱室11には圧力検出器23
が設けられ、圧力調節計24を介して前記補助蒸気発生装
置に連結された補助蒸気調整弁25が調整され、上記脱気
加熱室11内の圧力が所定以下になったとき補助蒸気発生
装置からの蒸気が補助蒸気供給管26を介して脱気加熱室
11に供給されるようになっている。

この圧力制御装置は、上述のように脱気加熱室11内の
圧力を一定に保持するものであるが、その他にタービン
トリップで抽気が遮断されることにより起こる脱気器圧
力の急降下を緩和させる脱気器圧力低下防止の機能がも
たせられることがある。すなわち、抽気が遮断されると
脱気加熱室11や貯水タンク12の圧力が急に降下するのに
対し、貯水温度はすぐには変化しないので、貯水タンク
12内の水が再蒸発して気水混合状態となり、給水ポンプ
20に必要な正味吸込水頭（以下NPSHと言う）を下回る状
態になり、給水ポンプ20にキャビテーション現象を発生
することがある。そこで圧力降下割合が一定値以上にな
ると圧力調整計24を介して補助蒸気調整弁25が作動さ
れ、脱気加熱室11の圧力に無関係に補助蒸気が脱気加熱
室11に供給される。

（発明が解決しようとする課題） このように脱気器において種々な安全装置、補助装置
が備えられ、脱気加熱室には適正な蒸気量が供給され、
脱水タンクの復水量も所望値に維持されている。しか
し、最近の蒸気タービンサイクルにはFCB運転（Fast−C
ut−Back）と言われ送電線が事故を起こした場合に定格
負荷から所内のみに電力を供給する急激な低負荷運転が
行なわれることがある。このFCB運転時においては、脱
気加熱室11に供給される蒸気タービンからの抽気蒸気が
少なくなったりまたは遮断され、脱気加熱室11や貯水タ
ンク12内の圧力が急激に低下し、脱気加熱室11に供給さ
れる加熱蒸気は瞬時的に補助蒸気発生装置からの補助蒸
気に切替えられる。しかし圧力検出器23、圧力調節計24
および補助蒸気調整弁25の圧力低下防止装置の圧力低下
率の設定は負荷状態によって異なるため、低負荷からの
FCB運転では圧力低下率が小さく、高負荷からでは圧力
低下率が大きくなるので、ある負荷からのFCB運転では
補助蒸気調整弁25が所望通りに調整できなかったり、調
整できても所望の蒸気を脱気加熱室11に供給できないこ
とがある。

そこで貯水タンク12の復水がフラッシュし再蒸発して
気水混合状態になる。これは脱気器加熱室11の圧力が貯
水タンク12の圧力より小さくなるために貯水タンク12の
復水が再蒸発させられるためである。

これ等の関係を第４図によりさらに詳細に説明する
と、FCB運転では脱気加熱室11と貯水タンク12との圧力
が急激に低下するのに対し、貯蔵された復水の温度はほ
ぼ飽和温度を維持するためこの復水が再蒸発させられ
る。この再蒸発気体は均圧配管14を通って矢印のように
脱気加熱室11に送られ圧力バランスをするが、再蒸発気
体が多くなると均圧配管14から脱気加熱室11には送れな
い状態即ちチョークが生じ、圧力バランスが乱れてしま
う。また、内部配管13においても貯水タンク12から脱気
加熱室11に逆流する再蒸発気体が流れ対向二相流状態に
なり、脱気加熱室11から貯水タンク12に流れる復水が制
限され、最悪の場合には全く流れない状態になる。その
ため、貯水タンク12の水位は一時的に急低下してしまい
NPSHを維持できず、給水ポンプのトリップおよびボイラ
トリップが生じる。

本発明は、これ等の問題を解決するためにFCB運転時
においても貯水タンクの水位を維持することができるよ
うに、補助蒸気調整弁により最適の補助蒸気を脱気加熱
室に供給するようにした蒸気タービンサイクルの脱気器
圧力調整装置を得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、複数中の酸素、炭酸ガス等を加熱蒸気によ
り脱気させる脱気加熱器室の圧力を検出する圧力検出器
と、前記脱気加熱室からの復水を貯蔵する貯水タンクの
貯蔵復水温度を検出する温度検出器と、この温度検出器
の温度信号および前記圧力検出器の圧力信号から前記貯
水タンクの復水の再蒸発量を算出するボイド演算器と、
前記脱気加熱室と前記貯水タンクとを連結する均圧配管
の蒸気通過面積および前記ボイド演算器が求めた復水の
再蒸発量から前記均圧配管のチョーク条件を演算するボ
リュームチョーク演算器と、このボリュームチョーク演
算器によって求めた前記均圧配管のチョーク条件から外
れるように脱気加熱室圧の圧力を制御するチョーク防止
用弁開度発生器と、このチョーク防止用弁開度発生器の
制御信号により開度が調整され脱気加熱室に供給される
補助蒸気流量を制御する補助蒸気調節弁とを有する蒸気
タービンサイクルにおける脱気器圧力制御装置である。

また、本発明は、復水中の酸素、炭酸ガス等を加熱蒸
気により脱気させる脱気加熱室の脱気圧力を検出する脱
気圧力検出器と、前記脱気加熱室からの復水を貯蔵する
貯水タンクの貯蔵圧力を検出する貯水圧力検出器と、前
記貯水タンクと前記脱気加熱室との大きさ、形状等から
生じる圧力伝播特性によって前記貯水タンクから検出し
た圧力を補正する圧力バランスゲイン調整器と、この圧
力バランスゲイン調整器によって補正された前記貯水タ
ンクの圧力と前記脱気加熱室の圧力と偏差信号を入力し
前記脱気加熱室の脱気圧力を前記貯水タンクの貯水圧力
より小さくならないように反転防止制御する反転防止用
弁開度発生器と、この反転防止用弁開度発生器の制御信
号により開度が調整され、脱気加熱室に供給される補助
蒸気流量を制御する補助蒸気調節弁とを有する蒸気ター
ビンサイクルにおける脱気器圧力制御装置である。

（作用） 蒸気タービングサイクルの復水器から復水が脱気器水
位調整弁、スプレイ等を介して微粒子化されて脱気加熱
室に送られる。また、脱気加熱室の側部からは抽気蒸気
あるいは補助蒸気調整弁により調整された補助蒸気が供
給された前記微粒子と接触し擬縮蒸気と非擬縮の炭酸ガ
ス等に分離され、擬縮蒸気は復水となって貯水タンクに
貯蔵され、非擬縮の炭酸ガス等は大気に放出される。こ
の脱気器において脱器加熱室の圧力と貯水タンクの温度
とが検出され、その検出値から復水の再蒸気量、すなわ
ち、ボイド率等が算出される。そのボイド率等により均
圧配管のチョーク条件が演算される。このチョーク条件
から外れるように脱気加熱室の圧力を調整する補助蒸気
が制御される。これによりFCB運転時においても脱気加
熱室の圧力が貯水タンクの圧力により低下しないように
されるし貯水タンクの貯蔵水も所定以下にならないよう
にされる。

また、貯水タンクの貯水圧力から貯水タンクと脱気加
熱室との大きさ、形状から生ずる圧力伝播特性による貯
水タンクの圧力を補正し、この補正した貯水圧力と脱気
加熱室の脱気圧力とから脱気加熱室に供給する補助蒸気
の供給量が算出され、この算出結果から補助蒸気調節弁
が調整され前記補助蒸気により脱気加熱室が所定の圧力
に維持される。

（実施例） 以下本発明蒸気タービンにおける脱気器圧力制御装置
の一実施例を図面により説明する。なお、同図面におい
て第３図および第４図の従来の蒸気タービンにおける脱
気器圧力制御装置と同一部分は同一符号を以て説明し、
その詳細な説明は省略する。

第１図において貯水タンク12には、これに貯蔵される
復水の温度検出器30が設けられ、その出力信号がボイド
演算器31に送られる。また、脱気加熱室11の圧力を検出
する圧力検出器23の出力信号が前記ボイド演算器31に送
られるとともに圧力調節計24に送られる。

このボイド演算器31は、比容積とエンタルピにより求
まる演算機能を有し、蒸気圧力信号と復水温度信号とに
より圧力降下時の過渡状態における復水の理想的な再蒸
発量、すなわち、ボイド量が算出される。このボイド演
算器31の出力信号はボリュームチョーク演算器32に送ら
れ、前記均圧配管14の蒸気通過面積とボイド量とから均
圧配管14のチョーク条件が演算される。ボリュームチョ
ーク演算器32の出力信号はチョーク防止用弁開度発生器
33に送られ、脱気加熱室11の圧力をチョーク条件から外
れるような必要な加圧蒸気を得るように補助蒸気調節弁
25の操作信号に変換される。このチョーク防止用弁開度
発生器33の出力信号は加算比較器34に送られ、前記圧力
調節計24の圧力調節信号と加算されて補助蒸気調節弁25
が調整される。

この調整制御において、チョーク防止用開度発生器33
による補助蒸気調節弁25の操作量を算出する方法として
は、均圧配管14のチョーク状態から決める方法、チョー
ク状態に比例ゲインを乗算し補助蒸気調節弁25の操作量
を決める方法あるいは脱気加熱室11の容積から熱収支計
酸を行い貯水タンク12の復水が再蒸発を発生しないよう
に補助蒸気調節弁25の操作量を決める方法等があるがい
ずれの方法も採用するかは使用条件により決定される。

このように脱気加熱室11の圧力信号と貯水タンクの温
度信号からボイド量、チョーク条件が算出され、この出
力信号により補助蒸気調節弁25が調整され、脱気加熱室
11に供給される補助蒸気を調整するようにしたからFCB
運転のような厳しい条件でも貯水タンクの圧力を脱気加
熱室11の圧力より高くすることがない。そのため、蒸気
タービンプラントが停止し抽気蒸気が遮断されるような
ことがあっても貯水タンクでの再蒸発の発生が防止さ
れ、貯水タンクの給水を過渡に低下させるようなことも
ない。

第２図は、他の実施例を示すもので第１図と同一部分
は同一符号をもって説明する。

本脱気器圧力制御装置では脱気加熱室11には圧力検出
器23が設けられ、また、貯水タンク12には圧力検出器40
が設けられ、これらの圧力検出器の圧力により脱気加熱
室11に供給する補助蒸気量が算出され制御がされる。す
なわち、圧力検出器40の圧力信号は、圧力バランスゲイ
ン調整器41に送られ貯水タンク12と脱気加熱室11との大
きさ、形状等から生じる圧力伝播特性によって補正され
正確な圧力を示す補正信号となる。この補正信号は、圧
力検出器23の圧力信号とともに比較器42に送られ、補正
信号と圧力信号とが比較され、その偏差信号が反転防止
用弁開度発生器43に送られる。この反転防止用弁開度発
生器43は、脱気加熱室11の圧力が貯水タンク12の圧力よ
り小さくならないような補助蒸気調整弁25の開度とする
反転防止の出力信号が得られるようにしてある。この出
力信号は前記圧力調節計24の圧力調節信号とともに加算
比較器44に送られ加算されて前記補助蒸気調節弁25が制
御される。

そのため蒸気タービンプラントが停止し抽気蒸気が遮
断されるようなことがあってもゲイン脱気加熱室11の圧
力は貯水タンク12の圧力を圧力バランスゲイン調整器41
により補正し、その補正圧力を比較しながら反転防止用
弁開度発生器43が作動され、この制御信号により補助蒸
気調節弁25が調節され補助蒸気が脱気加熱室11に供給さ
れるから、脱気加熱室11の圧力を貯水タンク12の圧力よ
り下降させることがない。

〔発明の効果〕

本発明は上述のように脱気加熱室には圧力検出器を、
また貯水タンクには温度検出器を設け、この両検出器の
検出信号からボイド量、チョーク条件を算出し、この出
力信号により補助蒸気調整弁を調整し、脱気加熱室に供
給する補助蒸気量を決めるようにしたから、FCB運転の
ように負荷条件が急激に変動する場合であっても脱気加
熱室には常に所望の蒸気が供給され貯水タンクに再蒸気
を発生させることがないし、この貯水タンクに貯蔵され
る復水量を低下させることがない。従って、給水ポンプ
は貯水タンクの復水量の不足により運転不能にしたり、
ボイラの給水トリップを起すことがない。

また、脱気加熱室と貯水タンクとの双方に圧力検出器
を設け、これらの検出器から脱気加熱室と貯水タンクの
圧力状態を補正しらがら脱気加熱室に供給する補助蒸気
量を決めるようにしたから、FCB運転のような急激な負
荷条件でも前記圧力と温度検出の場合と同様に脱気加熱
室には常に所望の補助蒸気が供給され貯水タンクの復水
量を低下させることがない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明蒸気タービンサイクルにおける脱気器
圧力制御装置の主要部を示すブロック線図、第２図は、
第１図の脱気器圧力制御装置の他の実施例を示すブロッ
ク線図、第３図は、従来一般に用いられている蒸気ター
ビンサイクルの脱気器圧力制御沿装置の主要部を示すブ
ロック線図、第４図は、第３図の一部を断面をもって示
すブロック線図である。 10……脱気器、11……脱気加熱室、12……貯水タンク、
13……内部配管、14……均圧配管、15……復水官、16…
…脱気器水用調整弁、18……逆止弁、19……給水管、20
……給水ポンプ、21……水位計、22、24……調節計、23
……圧力検出器、25……補助蒸気調整弁、26……補助給
水管、30……温度検出器、31……ボイド率演算器、32…
…ボリュームチョーク演算器、33……チョーク防止用開
度弁発生器、34……比較器、40……圧力検出器、41……
圧力バランスゲイン調整器、43……反転防止用弁開度発
生器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−272507（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−106704（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−136706（ＪＰ，Ｕ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】復水中の酸素、炭酸ガス等を加熱蒸気によ
   り脱気させる脱気加熱室の圧力を検出する圧力検出器
   と、 前記脱気加熱室から復水を貯蔵する貯水タンクの貯蔵水
   温度を検出する温度検出器と、 この温度検出器の温度信号および前記圧力検出器の圧力
   信号から前記貯水タンクの復水の再蒸発量を算出するボ
   イド演算器と、 前記脱気加熱室と前記貯水タンクとを連結する均圧配管
   の蒸気通過面積および前記ボイド演算器が求めた復水の
   再蒸発量から前記均圧配管のチョーク条件を演算するボ
   リュームチョーク演算器と、 このボリュームチョーク演算器によって求めた前記均圧
   配管のチョーク条件から外れるように脱気加熱室の圧力
   を制御するチョーク防止用弁開度発生器と、 このチョーク防止用弁開度発生器の制御信号により開度
   が調整され脱気加熱室に供給される補助蒸気流量を制御
   する補助蒸気調節弁と、 を有する蒸気タービンサイクルにおける脱気器圧力制御
   装置。
2. 【請求項２】復水中の酸素、炭酸ガス等を加熱蒸気によ
   り脱気させる脱気加熱室の脱気圧力を検出する脱気圧力
   検出器と、 前記脱気加熱室からの復水を貯蔵する貯水タンクの貯蔵
   圧力を検出する貯水圧力検出器と、 前記貯水タンクと前記脱気加熱室との大きさ、形状等か
   ら生じる圧力伝播特性によって前記貯水タンクから検出
   した圧力を補正する圧力バランスゲイン調整器と、 この圧力バランスゲイン調整器によって補正された前記
   貯水タンクの圧力と前記脱気加熱室の圧力との偏差信号
   を入力し前記脱気加熱室の脱気圧力を前記貯水タンクの
   貯水圧力より小さくならないように反転防止制御する反
   転防止用弁開度発生器と、 この反転防止用弁開度発生器の制御信号により開度が調
   整され脱気加熱室に供給される補助蒸気流量を制御する
   補助蒸気調節弁と、 を有する蒸気タービンサイクルにおける脱気器圧力制御
   装置。