JP2955383B2 - コンバインドサイクル発電プラントの給水制御装置 - Google Patents

コンバインドサイクル発電プラントの給水制御装置

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JP2955383B2 JP3095841A JP9584191A JP2955383B2 JP 2955383 B2 JP2955383 B2 JP 2955383B2 JP 3095841 A JP3095841 A JP 3095841A JP 9584191 A JP9584191 A JP 9584191A JP 2955383 B2 JP2955383 B2 JP 2955383B2
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    • Y02E20/00Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/16Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]

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  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は給水制御装置に係り、特
に起動時に所定のドラム水位を確保するようにしたコン
バインドサイクル発電プラントの給水制御装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】コンバインドサイクル発電プラントは蒸
気タービンとガスタービンとを組み合わせて駆動させる
ようにした熱効率のよい省エネルギー対応の発電プラン
トである。
【0003】このコンバインドサイクル発電プラントは
ガスタービンから排出された排ガスを排熱回収ボイラに
送って蒸気を発生させ、その蒸気を蒸気タービンに送っ
て電力を抽出するもので、ガスタービンの排熱を有効に
活用する点や起動、停止調整時間を大幅に短縮できる等
の利点を有している。この種の発電プラントは図3に示
したように大きくガスタービン設備50、蒸気タービン
設備60、排熱回収ボイラ設備70とから構成されてい
る。ガスタービン設備50は圧縮器51、燃焼器52及
びガスタービン53を有しており、さらに発電機54を
有して共通軸Aにより高圧蒸気タービン61及び低圧蒸
気タービン62に連結されている。また、排熱回収ボイ
ラ設備70は過熱器71、再熱器72、蒸発器73、節
炭器74及び蒸気ドラム75等を有し、ガスタービン5
3からの高温の排ガスと熱交換を行い、蒸気を発生させ
て高圧蒸気タービン61、低圧蒸気タービン62に蒸気
を送るようになっている。これらの蒸気タービン61,
62はこの蒸気によって仕事をし、その動力によって発
電機を駆動するようになっている。ここで排熱回収ボイ
ラ設備70の動作について説明する。蒸発器73ではガ
スタービン53からの排ガスとの熱交換により給水が蒸
気になる。蒸気ドラム75は節炭器74から送水された
給水を貯え、蒸発器73に送付し、蒸発器73で発生し
た蒸気と水との2相流を気水分離して分離された蒸気を
過熱器71に送付する。過熱器71に送付された蒸気は
過熱蒸気となり、高圧蒸気タービン61に送られる。こ
の高圧蒸気タービン61で仕事を終えた蒸気は熱効率を
高めるために再熱器72に送られ再度過熱蒸気となり、
引き続き低圧蒸気タービン62に送られる。特に最近は
ガスタービンの性能向上によりガスタービンの排ガス温
度が上昇して高温の排ガスを排熱回収ボイラで熱回収で
きるためにコンバインドサイクル発電プラント全体の熱
効率が上昇しする。
【0004】ここで従来の蒸気ドラムのドラム水位制御
のための概略制御ブロックについて図4を参照して説明
する。図4において、破線で囲まれたブロック80内に
は通常水位を設定する第1の設定値発生器81とガスタ
ービン失火信号に応じた水位を設定する第2の設定値発
生器82とが設けられており、これらの設定値発生器8
1,82は切換スイッチ83に接続され、所定の切換え
が行われる。また、この切換スイッチ83は変化率制限
器84を経て加減器85に接続され、この加減器85に
はドラムの実水位を検出するドラム水位検出器86から
の実水位信号が入力される。そして加減器85からの出
力は演算器87でPID動作が行われ弁開閉信号が生成
される。そしてこの弁開閉信号はリミッタ88を経て給
水弁90に出力されるようになっている。そして、この
制御系によるドラム水位制御では、備えられた各蒸気ド
ラム75の実水位を検出して、この検出信号と第1の設
定値との比較を行い、この検出信号と設定値との間に過
不足があると給水弁90の弁開閉信号が出力されるよう
になっている。これにより各蒸気ドラム75の水位が所
定レベルに保持されるようになっている。また、燃焼器
52が失火した場合などガスタービン53からの排熱回
収ボイラに送付される排ガスが遮断されると蒸発器73
に貯留されている蒸気が冷却され、体積が減少する。そ
の結果、蒸気ドラム75の水が蒸発器73に流れ込むた
め異常でない場合にもドラムの水位が極端に低下する。
このためガスタービン失火信号を受けて所定水位の第2
の設定値を設定してドラムに急速な給水が起こらないよ
うにし、またこれにより蒸気ドラム75が急速に冷却し
て復水器の水位が低下したり復水ポンプのトリップを防
止するようになっている。さらにコンバインドサイクル
発電プラントはその起動特性の良好性から運転形態とし
て毎朝起動毎夕停止(DSS)という運転制御が可能で
あり、所定の系統に必要な時に必要な電力量を効果的に
送ることができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような運転形態では運転停止すると蒸気ドラムの水位を
下げたまま一晩経過することとなり、翌朝にプラント起
動させた場合等に排熱回収ボイラが放熱され冷却され、
同時にドラム水も冷却され比体積が減少し、ドラムの水
位がさらに低下した状態になる。すなわち、ガスタービ
ン停止時の圧力をP1 とするとH時間経過後圧力はP2
まで低下する。このときドラム水位の低下は、当初L1
であった水位が、
【0006】
【数1】 だけ水位低下する(図5(a)参照)。このため翌朝の
起動時には蒸気ドラム75に水位が低下した分だけ冷水
を送付し、蒸気ドラム75の起動時水位を上昇させる必
要がある。このときドラム圧力も低下してしまい、起動
時の圧力上昇が遅延するという問題がある(図5(b)
参照)。また、この送り込まれる水は冷たく排熱回収ボ
イラも冷却されているため冷水がドラムに送られるよう
になる。これによりドラムが冷却され起動時間が遅延
し、本来のコンバインドサイクル発電プラントの起動特
性が損なわれるという問題がある。また、冷水により蒸
気ドラム75自体が冷却され、蒸気ドラム75から給水
される給水ポンプ76にも冷水が送られ、装置内部に温
度差が繰り返して生じる。これにより装置自体にも温度
変化が生じ、機械寿命を短くしてしまうという問題があ
る。さらにポンプ内部に貯留された水は上下で温度差が
生じるので、ポンプの熱変形や羽根の損傷等が生じるお
それもある。そこで、本発明の目的は上述した従来の技
術が有する問題点を解消し、コンバインドサイクル発電
プラントの運転に際して、起動時に備えてドラム水位を
ガスタービン停止後一定水位に保つようにした給水制御
装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は排熱回収ボイラの蒸気ドラムの水位と予め
設定された設定水位とを比較し、その結果に応じて給水
弁を操作してドラム水位を所定水位に保持するようにし
たコンバインドサイクル発電プラントの給水制御装置に
おいて、ガスタービン運転停止後の上記蒸気ドラムの経
過水位に対して、蒸気ドラム圧力と予想起動時間とをも
とに予め得られた冷却特性曲線から起動時のドラム圧力
を求め、この起動時のドラム圧力を用いて算出されるド
ラム水位の低下に基づいて保管水位を設定する保管水位
設定値発生器を備えたことを特徴とするものである。
【0008】
【作用】本発明によれば、保管水位設定値発生器によっ
て、ガスタービン運転停止後の蒸気ドラムの経過水位に
対して、蒸気ドラム圧力と予想起動時間とをもとに予め
得られた冷却特性曲線から起動時のドラム圧力を求め、
この起動時のドラム圧力を用いて算出されるドラム水位
の低下に基づいて保管水位を設定することで、起動時の
適切なドラム水位が確保される。すなわち、保管水位設
定値発生器によって、プラントの運転条件に応じて自動
的に最適の保管水位を設定することができる。
【0009】
【実施例】以下本発明による給水制御装置の一実施例に
ついて図1及び図2を参照して説明する。なお、本発明
において、従来例と同一の構成については同一符号を付
してある。図1において、破線で囲まれたブロック10
内には通常水位を設定する第1の設定値発生器81とガ
スタービン失火信号に応じた水位を設定する第2の設定
値発生器82と停止時の保管水位を設定する第3の設定
値発生器(保管水位設定値発生器)11とが設けられて
おり、これらの設定値発生器11,81,82は切換ス
イッチ12,13に並列的に接続され、これらの切換ス
イッチ12,13は切換信号発生器14からの出力によ
り切換えられるようになっている。また、これらの切換
スイッチ12,13は従来例と同様に変化率制限器84
を経て加減器85に接続され、この加減器85には蒸気
ドラム75の実水位を検出するドラム水位検出器86か
らの実水位信号が入力される。そして加減器85からの
出力は演算器87でPID動作が行われ弁開閉信号が生
成される。そしてこの弁開閉信号はリミッタ88を経て
給水弁90に出力されるようになっている。ここで第3
の設定値発生器11についてその構成について説明す
る。第3の設定値発生器11にはドラム水位検出器86
からの実水位信号S1、ガスタービン制御信号S2、ド
ラム圧力検出器からの圧力信号S3、流量検出器からの
流量信号S4及び予想起動時間設定器からの信号S5が
入力されるようになっている。そして第3の設定値発生
器11ではドラム圧力と予想起動時間とをもとに、図5
(b)に例示したような冷却特性曲線から起動時のドラ
圧力を算出し、この起動時のドラム圧力と上記ドラム
圧力との比容積変化からドラム水位の低下を演算し、ガ
スタービン運転停止後の蒸気ドラムの経過水位に対して
適切な保管水位を設定することができるようになってい
る。
【0010】次に上述の構成からなる給水制御装置の作
用について説明する。図2(a)に示したようにガスタ
ービンが通常運転している場合には切換スイッチは第1
の設定値発生器81からの通常水位信号を制御系内に取
り込むようになっている。この信号とドラム実水位信号
S1との比較により給水弁90の制御が行われるように
なっている。また、燃焼器52が失火すると第2の設定
値発生器82の切換スイッチが導通し、水位設定値は変
化率制限器84で設定された一定の割合で減少変化し、
停止時水位設定値まで減少する。そしてガスタービン5
3の回転数がターニング回転数になると切換スイッチの
接点が導通し、水位設定値は変化率制限器84で設定さ
れた一定の割合で増加変化し、保管水位設定値まで増加
し、起動時までその設定値は保持される。
【0011】ここで上述したコンバインドサイクル発電
プラントの制御を図2に示した特性曲線を参照して説明
する。図2は本発明による給水制御装置によって得られ
る特性曲線であり、コンバインドサイクル発電プラント
の運転停止から起動までのドラム水位設定値、実水位、
ドラム圧力、ガスタービン回転数を示している。
【0012】まず、コンバインドサイクル発電プラント
が運転停止する場合に給水制御装置はガスタービン燃焼
器52の失火信号を受けて水位設定値を停止水位設定値
まで一定の変化率で減少させる。このときこの水位変化
はドラム蒸発器73の水の入り込み現象に対応して変化
しており、ガスタービン53がターニング回転数とな
り、かつ停止時水位設定値に保持された条件でドラム水
位設定値は保管水位に徐々に移行する。ドラム水位が水
位設定値に追従して保管水位に達すると給水ポンプが停
止し、次の起動まで緩やかな水位低下を生じる。しか
し、実水位は起動時には再び設定水位となるように変化
する。ドラム圧力は同図(b)に示したようにガスター
ビンの運転停止により徐々に圧力低下する。そしてこの
圧力低下に伴い、ドラム水位は上述のように僅かずつ低
下するが、所定の保管水位に追従するようになってい
る。このため翌朝のプラント起動時にドラムは所定の水
位を保持でき、排熱回収ボイラの起動時間を短縮するこ
とができる。以上のように、第3の設定値発生器11に
よって、ガスタービン運転停止後の蒸気ドラムの経過水
位に対して、蒸気ドラム圧力と予想起動時間とをもとに
予め得られた冷却特性曲線から起動時のドラム圧力を求
め、この起動時のドラム圧力を用いて算出されるドラム
水位の低下に基づいて保管水位を設定することで、起動
時の適切なドラム水位が確保される。すなわち、第3の
設定値発生器11によって、プラントの運転条件に応じ
て自動的に最適の保管水位を設定することができる。
【0013】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、保管水位設定値発生器によって、ガスタービ
ン運転停止後の蒸気ドラムの経過水位に対して、蒸気ド
ラム圧力と予想起動時間とをもとに予め得られた冷却特
性曲線から起動時のドラム圧力を求め、この起動時のド
ラム圧力を用いて算出されるドラム水位の低下に基づい
て保管水位を設定することで、起動時の適切なドラム水
位が確保される。すなわち、保管水位設定値発生器によ
って、プラントの運転条件に応じて自動的に最適の保管
水位を設定することができる。このため、プラントの運
転条件に応じてガスタービン運転停止後のドラム水位を
最適に保ち、常にプラントの的確な起動性を確保するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるコンバインドサイクル発電プラン
トの給水制御装置の一実施例を示した制御ブロック概略
構成図。
【図2】本発明によるコンバインドサイクル発電プラン
トの給水制御装置による制御特性曲線の一例を示した線
図。
【図3】従来のコンバインドサイクル発電プラントの機
器概略構成図。
【図4】従来のコンバインドサイクル発電プラントの給
水制御装置の一例を示した制御ブロック概略構成図。
【図5】従来のコンバインドサイクル発電プラントの給
水制御装置による制御特性曲線の一例を示した線図。
【符号の説明】
10 制御ブロック 11 保管水位設定値発生器 12,13 切換スイッチ 86 ドラム水位検出器 90 給水弁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F01K 23/10 F22D 5/00 F22D 5/26

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】排熱回収ボイラの蒸気ドラムの水位と予め
    設定された設定水位とを比較し、その結果に応じて給水
    弁を操作してドラム水位を所定水位に保持するようにし
    たコンバインドサイクル発電プラントの給水制御装置に
    おいて、 ガスタービン運転停止後の上記蒸気ドラムの経過水位に
    対して、蒸気ドラム圧力と予想起動時間とをもとに予め
    得られた冷却特性曲線から起動時のドラム圧力を求め、
    この起動時のドラム圧力を用いて算出されるドラム水位
    の低下に基づいて保管水位を設定する保管水位設定値発
    生器を備えたことを特徴とするコンバインドサイクル発
    電プラントの給水制御装置。
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