JP2642389B2

JP2642389B2 - 蒸気タービンのバイパス装置

Info

Publication number: JP2642389B2
Application number: JP63067297A
Authority: JP
Inventors: 博之長谷川
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1988-03-23
Filing date: 1988-03-23
Publication date: 1997-08-20
Anticipated expiration: 2012-08-20
Also published as: JPH01240706A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、蒸気タービンのバイパス装置に係り、特
に、高圧蒸気タービンをバイパスして復水器に連通する
高圧蒸気バイパス管内の蒸気エネルギレベルを調節する
ための制御装置に関する。

〔従来の技術〕

例えば、発電機に適用される蒸気タービンシステムに
おいては、危険回避のためやむをえず、あるいは発電量
調節のため意図的に、タービン装置を停止させることが
ある。この場合、化石燃料を燃料とするボイラでは、ボ
イラを即時に停止することができないので、タービン停
止後も依然として蒸気が発生されてしまう。この蒸気を
外部に放出すれば装置各部の損傷を回避することができ
るが、高純度に維持されたプロセス蒸気を放出すること
は経済的損失が大きく、また再起動時においてタービン
に大きな熱衝撃が作用して、タービンの有効寿命を著し
く害する結果となる。

かかる不都合を回避するため、従来より、蒸気タービ
ンをバイパスして復水器に連通する高圧蒸気バイパス路
を設け、さらに、高圧の蒸気がこの高圧蒸気バイパス路
を通つて復水器に直接供給されるのを防止するため、高
圧蒸気バイパス管内に冷却流体を混入して蒸気圧を低下
するようにしたものが知られている。

第３図に、従来より知られているこの種の蒸気タービ
ンシステムの一例を示す。

この図において、タービン装置10は高圧（HP）タービ
ン12、中間圧タービン13、および低圧（LP）タービン14
の形態にある複数個のタービン部分を含んで構成されて
いる。これらのタービン12,13,14は、共通軸16に接続さ
れて、図示外の負荷に電力を供給する発電機18を駆動す
る。

化石燃料によつて動作する普通のドラム型ボイラ22の
ような蒸気発生装置は、過熱器24によつて適切な運転温
度に加熱され、かつ入口管寄せ26を通して高圧タービン
に導かれる蒸気を発生し、この蒸気流量は１組の蒸気加
減弁28によつて制御される。

蒸気管路31を通つて高圧タービン12から出る蒸気は、
再熱器32に導かれ、その後バルブ装置36の制御のもとに
蒸気管路34を介して中間圧タービン13の与えられる。

その後、蒸気は蒸気管路39を介して低圧タービン14に
導かれ、低圧タービン14からの排気は、蒸気管路42を介
して復水器40に供給されて水に変換される。その水は、
水管路44、ポンプ46、水管路48、ポンプ50、および水管
路52を含む通路を経てボイラ22に戻される。なお、図示
されていないが、一般的には、化学的平衡を精密に維持
し、かつ水の純度を高く維持するため、戻り管路に水処
理装置が設けられている。

ボイラ22の動作は、通常、ボイラ制御ユニツト60によ
つて制御され、タービンバルブ装置28および36はタービ
ン制御ユニツト62によつて制御され、これらボイラ制御
ユニツト60およびタービン制御ユニツト62は動力プラン
トもしくは動力装置の主制御器64と連絡している。

高圧蒸気バイパス路は、前記入口管寄せ26と復水器40
とを連通する高圧蒸気バイパス管70,74と、高圧蒸気バ
イパス管70に設定された高圧タービンバイパスバルブ72
と、高圧蒸気バイパス管70,74の間に介設されたノズル
部75と、前記ポンプ50の出口側に設けられた冷却流体管
路82と、この冷却流体管路82に設定された冷却流体流量
制御バルブ84とによつて構成されている。前記高圧ター
ビンバイパスバルブ72と冷却流体流量制御バルブ84は、
高圧バルブ制御ユニツト90によつて制御される。

高圧バルブ制御ユニツト90によつて高圧タービンバイ
パスバルブ72および冷却流体流量制御バルブ84が作動さ
れると、ボイラ22によつて生成された蒸気が高圧蒸気バ
イパス管70および高圧タービンバイパスバルブ72を経て
高圧蒸気バイパス管74に流入し、高圧のバイパス動作が
開始される。これと同時に、ポンプ50によつて与えられ
る冷却流体管路82の冷却流体が冷却流体流量制御バルブ
84の制御のもとに制御部75から高圧蒸気バイパス管74内
に供給される。

蒸気管路74に供給される冷却流体の量は、バイパス蒸
気の熱およびエネルギレベルを復水器40が受け入れ可能
な値まで減衰し、かつ過冷却による管の侵食や水撃作用
を生じない量に制御しなくてはならない。従来より、こ
の冷却流体の流量制御手段としては、高圧蒸気バイパ
ス管74の温度をサンプリングして、予じめ定められた一
定基準値または設定点値と比較する方法、および、特
定の系統パラメータから、各時点における最適の適応設
定点を演算する方法が知られている。

なお、これに関連する公知例としては、例えば特公昭
62−39648号公報、および特開昭58−70006号公報が挙げ
られる。

〔発明が解決しようとする課題〕

然るに、前記した従来の冷却流体流量制御手段のうち
前者は、一定基準値または設定点値の計算に相当の時間
と労力がかかり、しかもこの計算から求められるのはせ
いぜい経験的に導き出される妥協値であつて、必ずしも
全ての動作条件に対して最適の制御を行うことができな
いという問題がある。

一方、後者には前者のような問題はないが、演算のも
とになる各パラメータの検出および演算に要する次官が
考慮されていないため、冷却流体の流量制御に遅れがあ
る。このため、冷却流体が不足して高温の蒸気が復水器
40内にもどされたり、反対に過剰な冷却流体が供給され
て低温の蒸気が復水器40内にもどされ、復水器40内の管
が侵食したり、あるいは水撃作用を生じて過度の雑音や
振動を生じるといつた問題を生じ易い。

従つて、蒸気タービンの技術分野においては、かかる
不都合を解消することが最も重要な技術的課題の１つに
なつている。本発明は、前記の技術的課題を解決し、復
水器に適正なバイパス蒸気を供給可能な蒸気タービンの
バイパス装置を提供することを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、前記の目的を達成するために、高圧蒸気タ
ービンをバイパスして復水器に連通する高圧蒸気バイパ
ス管と、この高圧蒸気パイバス管内へのバイパス蒸気の
導入を制御する高圧タービンバイパスバルブと、前記高
圧蒸気バイパス管内に前記復水器より供給される冷却流
体を導入するノズル部と、このノズル部に供給される冷
却流体の流量を制御する冷却流体流量制御バルブとを備
えた蒸気タービンのバイパス装置において、前記高圧蒸
気バイパス管内の蒸気のエンタルピおよびその流量を検
出するための検出手段と、前記水管路内の冷却流体のエ
ンタルピおよびその流量を検出するための検出手段と、
これらの指示値から冷却流体混合後の流体エンタルピを
演算する演算手段と、この演算手段からの出力信号に基
づいて前記冷却流体流量制御バルブの弁開度を制御する
制御手段とを備えるという構成にした。

〔作用〕

高圧蒸気バイパス管内を流通するバイパス蒸気のエン
タルピに流量を乗じることによつて、バイパス蒸気のエ
ネルギ（マスフロー）を求めることができる。また、こ
れと同様の演算を演算を行うことによって、冷却流体流
量制御バルブを通過する冷却流体のエネルギ（マスフロ
ー）を設定することができる。さらに、これら各々の流
体エネルギから混合後の蒸気のエネルギを冷却流体の供
給量の関数として求めることができ、この信号に基づい
て冷却流体流量制御バルブの弁開度を制御することがで
きる。

このように、高圧蒸気バイパス管内の蒸気のエンタル
ピと冷却流体管路内の冷却流体のエンタルピとから混合
後の流体のエネルギを演算にて求め、冷却流体流量制御
バルブを先行制御すると、高圧蒸気バイパス管内の蒸気
のエンタルピの演算の基礎となる温度および圧力の検出
に遅れがあつたとしても、その遅れがキヤンセルされ、
常に混合後の流体のエネルギを適正に制御することがで
きる。

また、水管路内の冷却流体のエンタルピおよびその流
量を検出して冷却流体のエネルギを求めるので、復水器
における冷却流体の温度や圧力が変化しても、常時正確
な冷却流体混合後の流体エンタルピを演算することがで
きる。

よつて、水撃作用に起因する復水器の損傷や振動等を
未然に防止することができる。

〔実施例〕

第１図に、本発明に係る蒸気タービン装置のブロツク
図を示す。この図において、PX₁はバイパス蒸気のエン
タルピを演算するための圧力発振器、TX₁はバイパス蒸
気のエンタルピを演算するための温度発振器、VX₁はバ
イパス蒸気の流量を演算するための弁開度発振器であ
る。また、PX₂は冷却流体のエンタルピを演算するため
の圧力発振器、TX₂は冷却流体のエンタルピを演算する
ための温度発振器、VX₂は冷却流体の流量を演算するた
めの弁開度発振器である。さらに、PX₃は混合後の流体
の圧力を検出するための圧力発振器、TX₃は混合後の流
体の温度を検出するための温度発振器を示している。こ
のほか、第３図に示したと同様の部材については、それ
と同一の符号が表示されている。

圧力発振器PX₁および温度発振器TX₁は高圧バイパス管
70に設定され、弁開度発振器VX₁は高圧タービンバイパ
スバルブ72に設定される。また、圧力発振器PX₂および
温度発振器TX₂はポンプ46の出口管路82に設定され、弁
開度発振器VX₂は冷却流体流量制御バルブ72に設定され
る。また、圧力発振器PX₃および温度発振器TX₃は冷却流
体流量制御バルブ84と復水器40とを連通する高圧蒸気バ
イパス管74に設定される。

以下、前記の装置を用いた冷却流体流量制御バルブ84
の弁開度制御を、第２図に基づいて説明する。

まず、圧力発振器PX₁によつて検出された圧力信号と
温度発振器TX₁によつて検出された温度信号とから、高
圧蒸気バイパス管70内の蒸気のエンタルピを演算にて求
める。また、弁開度発振器VX₁によつて検出された高圧
タービンバイパスバルブ72の弁開度信号と前記圧力発振
器PX₁によつて検出された圧力信号とから、高圧タービ
ンバイパスバルブ72を通るバイパス蒸気の流量を演算に
て求める。そして、このようにして求められたエンタル
ピに流量を乗じることによつて、バイパス蒸気のエネル
ギ（マスフロー）を求める。

同様に、圧力発振器PX₂によつて検出された圧力信号
と温度発振器TX₂によつて検出された温度信号とから、
冷却流体管路82内の冷却流体のエンタルピを演算にて求
める。また、弁開度発振器VX₂によつて検出された冷却
流体流量制御バルブ84の弁開度信号と前記圧力発振器PX
₂によつて検出された圧力信号とから、冷却流体管路82
を通る冷却流体の流量を演算にて求める。そして、この
ようにして求められたエンタルピに流量を乗じることに
よつて、冷却流体のエネルギ（マスフロー）を求める。

次いで、前記のようにして求められたバイパス蒸気の
エネルギに冷却流体のエネルギを加えて、混合後の流体
のエネルギを求める。

次いで、この混合後の流体のエネルギと復水器40が受
け入れ可能な既知のエネルギとを比較することによつ
て、冷却流体の過不足、すなわち冷却流体流量制御バル
ブ84の弁開度の過不足を演算によつて求める。

さらに、復水器40に受け入れ可能な蒸気の温度と復水
器40の入口管路74に設定された温度発振器TX₃によつて
検出された温度信号とを比較することによつて、混合後
の流体温度が復水器40に受け入れ可能な温度以下である
か否かを判断する。

最後に、前記のようにして求められた冷却流体流量制
御バルブ84の弁開度の過不足信号と、混合後の流体温度
の信号とから、これを補正するように冷却流体流量制御
バルブ84の弁開度を先行制御する。

前記実施例の蒸気タービンのバイパス装置は、高圧蒸
気バイパス管70内の蒸気のエンタルピと冷却流体管路82
内の冷却流体エンタルピとから混合後の蒸気のエネルギ
を演算にて求め、冷却流体流量制御バルブ84を先行制御
するようにしたので、高圧蒸気バイパス管70内の蒸気の
エンタルピおよび冷却流体管路82内の冷却流体のエンタ
ルピの演算の基礎となる温度および圧力の検出に遅れが
あつたとしても、その遅れがキヤンセルされ、常に混合
後の流体のエネルギを適正に制御することができる。

なお、前記実施例においては、復水器40の入口温度TX
₃の上限温度制御を従来方式と同様にしたが、復水器保
護の確実性をより向上させるため、本発明の回路と組合
せて残すこともできる。

また、前記実施例においては、混合後の流体のエネル
ギ制御と混合後の流体の温度制御とを加算して冷却流体
流量制御バルブの弁開度を制御する方式について説明し
たが、混合後の流体のエネルギ制御によつて混合後の流
体の温度設定値を作り、実温度をフイードバツクするカ
スケード制御方式を採ることもできる。

さらに、混合後の流体温度による制御をやめて、混合
後の流体のエネルギ制御のみによるオープンループ制御
方式を採ることもできる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によると、冷却流体流量
制御バルブが先行制御され、温度および圧力の検出遅れ
がキヤンセルされる。また、水管路内の冷却流体のエン
タルピおよびその流量を検出して冷却流体のエネルギを
求めるので、復水器における冷却流体の温度や圧力が変
化しても、常時正確な冷却流体混合後の流体エンタルピ
を演算することができる。よつて、常に混合後の流体の
エネルギが適正に制御され、水撃作用に起因する復水器
の損傷や振動等を未然に防止することができる。

また、適正な冷却流量を維持することはポンプ動力の
低減をもたらし、特にプラントの起動停止の多い中間負
荷ユニットにおいては相当の経済効果をあげることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る蒸気タービンのブロツク図、第２
図は本発明に係るバイパス装置の動作を説明する説明
図、第３図は従来の蒸気タービンのブロツク図である。 10……タービン装置、22……ボイラ、70,74……高圧蒸
気バイパス管、72……高圧タービンバイパスバルブ、75
……ノズル部、82……冷却流体管路、84……冷却流体流
量制御バルブ。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】高圧蒸気タービンをバイパスして復水器に
連通する高圧蒸気バイパス管と、この高圧蒸気バイパス
管内へのバイパス蒸気の導入を制御する高圧タービンバ
イパスバルブと、前記高圧蒸気バイパス管内に前記復水
器より水管路を通じて供給される冷却流体を制御するを
導入するノズル部と、このノズル部に供給される冷却流
体の流量を冷却流体流量制御バルブとを備えた蒸気ター
ビンのバイパス装置において、前記高圧蒸気バイパス管
内の蒸気のエンタルピおよびその流量を検出するための
検出手段と、前記水管路内の冷却流体のエンタルピおよ
びその流量を検出するための検出手段と、これらの指示
値から冷却流体混合後の流体エンタルピを演算する演算
手段と、この演算手段からの出力信号に基づいて前記冷
却流体流量制御バルブの弁開度を制御する制御手段とを
備えたことを特徴とする蒸気タービンのバイパス装置。