JP3073429B2 - 多軸コンバインドプラントの蒸気系切離制御方法 - Google Patents

多軸コンバインドプラントの蒸気系切離制御方法

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JP3073429B2
JP3073429B2 JP07153246A JP15324695A JP3073429B2 JP 3073429 B2 JP3073429 B2 JP 3073429B2 JP 07153246 A JP07153246 A JP 07153246A JP 15324695 A JP15324695 A JP 15324695A JP 3073429 B2 JP3073429 B2 JP 3073429B2
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    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
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    • F01K23/02Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
    • F01K23/06Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
    • F01K23/10Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle with exhaust fluid of one cycle heating the fluid in another cycle

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は蒸気系の切離し制御を要
する多軸コンバインドプラントに関する。
【0002】
【従来の技術】ガスタービンと蒸気タービンを組み合せ
たコンバインドプラント発電は、従来火力発電に比べ
て、熱効率が画期的に優れているため、国内外で建設が
進められている。
【0003】ガスタービンと蒸気タービンの組合せ方に
は、主に、次の2通りが採用されている。
【0004】1)ガスタービンと蒸気タービンを同一の
軸につなげる一軸コンバインドプラント。
【0005】2)ガスタービンと蒸気タービンを個別に
配置する多軸コンバインドプラント。 本発明は、上記の内、多軸コンバインドプラントの制御
に適用するものである。
【0006】図2に従来の多軸コンバインドプラントの
概略系統を示す。多軸コンバインドプラントは熱効率を
より高くするため、一般に2台以上のガスタービンから
構成される。図2は、説明を簡略にするため、2台のガ
スタービンから構成されるプラントを示した。
【0007】すなわち、それぞれのガスタービン(1,
2)には発電機(3,4)が接続されており、またガス
タービン(1,2)の排ガスは、排ガスボイラ(5,
6)に導かれ蒸気を生み出す。それぞれの排ガスボイラ
(5,6)から発生した蒸気は合流し、蒸気タービン
(7)を駆動することにより蒸気タービン(7)に接続
された発電機(8)にて発電する。
【0008】多軸コンバインドプラントの特徴は、必要
とする発電量に合わせて、運転するガスタービンの台数
を切り替えることにより、プラントの部分負荷において
も高効率を維持出来る点である。
【0009】したがって、運用においてガスタービンの
台数切替え操作は、頻繁に実施される。その切替え操作
時に、蒸気タービンへの流入蒸気量が突変するなど、急
激に変化することは、プラントの発電量が急変するだけ
でなく、蒸気タービンの寿命を短くすることになりかね
ず、好ましいことではない。すなわち、切替え操作中、
蒸気の行き先をうまく制御することは非常に重要であ
る。
【0010】コンバインドプラントには、プラントの起
動停止時に用いるタービンバイパスライン(17)があ
り、そのラインにはタービンバイパス弁が設置されてい
る。
【0011】図の説明を簡略化するため、蒸気系統を1
系統のみ示すが、実際のプラントにおいては、2系統か
ら3系統有る場合がほとんどである。通常運転中は、排
ガスボイラ出口弁(9,10)はいずれも全開してお
り、排ガスボイラにて発生する蒸気は全て排ガスボイラ
出口弁(9,10)、排ガスボイラ出口逆止弁(11,
12)をとおり、合流後、蒸気タービン(7)に導かれ
ている。その時タービンバイパス弁(15,16)はい
ずれも全閉している。
【0012】いま、ここで、ガスタービンの一台、たと
えばガスタービン(1)を停止する場合には、まず、蒸
気タービン(7)への流入蒸気量が急変しないようにタ
ービンバイパス弁(15)を徐々に開き、排ガスボイラ
(5)の発生蒸気がすべてタービンバイパスライン(1
7)から復水器(18)へ流れるようにする。
【0013】この状態で排ガスボイラ出口弁(9)を閉
めても蒸気タービン(7)への蒸気量変化は無いことに
なるが、排ガスボイラ出口弁(9)を閉め、蒸気系の切
り離し操作を完了し、次いでガスタービン(1)の停止
操作へと移ることとなる。
【0014】なお、排ガスボイラ(5)の発生蒸気がす
べてタービンバイパスライン(17)へ流れていること
を検知することは重要であり、従来は以下のようにして
これを行っていた。
【0015】プラントの計測点には、それぞれの排ガス
ボイラ出口蒸気圧力(19,20)、それぞれの排ガス
ボイラ発生蒸気流量(21,22)、タービンバイパス
弁開度(23,24)、蒸気タービン入口蒸気圧力(2
5)を計測する計器が従来から設置されている。停止す
る排ガスボイラ出口蒸気圧力(19)が、蒸気タービン
入口蒸気圧力(25)よりも低くなれば、排ガスボイラ
発生蒸気がすべてタービンバイパスライン(17)に流
れていると言える。
【0016】この時、運転継続する排ガスボイラ(6)
の発生蒸気は、全量蒸気タービン(7)に流入し、排ガ
スボイラ出口逆止弁(11)が有るため排ガスボイラ
(5)のタービンバイパスライン(17)には流入して
こない。
【0017】ところが、この方法は蒸気圧力計測計器の
精度が要求される。通常は配管圧損が有るため、排ガス
ボイラ出口蒸気圧力(19)が蒸気タービン入口蒸気圧
力(25)よりも高いが、タービンバイパス弁(15)
を開くことによって排ガスボイラ出口蒸気圧力(19)
が低くなって最終的に圧力が逆転する。
【0018】一方、蒸気タービン(7)への流入蒸気流
量が低下することにより、蒸気タービン入口蒸気圧力
(25)も低下する。このため、図3に挙動を示すよう
に、圧力が逆転する時点(A)を正確に捕らえるには、
微小な蒸気圧力差を検出する必要が有る。従来の圧力計
測計器を用いて、二点の正圧を計測してその差を検出す
る方法では、精度上正確さに欠ける。
【0019】これを改善するには、排ガスボイラ出口逆
止弁(11,12)の前後差圧を計測する方法、排ガス
ボイラ出口逆止弁(11,12)に全閉リミットスイッ
チを設置する方法などが考えられるが、いずれも計測点
を追加する必要が有り、また計測用計器の信頼性にも問
題が有る。
【0020】
【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
の技術は、多軸コンバインドプラントにおける、運転中
のガスタービンを停止する操作の過程において、停止す
る排ガスボイラ出口弁を全閉するタイミングを検出する
方法として、排ガスボイラ出口蒸気圧力が蒸気タービン
入口蒸気圧力より下がった事を捕らえようとしていた
が、この方法では、圧力差が非常に小さいことから、圧
力センサの精度上、適切に計測出来ていないという問題
点を有するものだった。
【0021】本発明は、プラントに新しいセンサを追加
することなく、排ガスボイラの発生蒸気がタービンバイ
パスラインに全て流れていることを検出できる点に着目
し、上記した従来技術の問題点を解消し、その上、プラ
ントの発電量に突変等の外乱を縮めることなく、また、
蒸気タービンに熱応力が発生するなどの原因で寿命を消
費することなく、運転するガスタービンの台数を変更す
ることができるようにした新規な方法を得ることを課題
とするものである。
【0022】
【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
べく、本発明は、複数のガスタービンを有する多軸コン
バインドプラントにおいて、排ガスボイラ出口蒸気圧力
とタービンバイパス弁開度からタービンバイパスライン
に流れる蒸気流量の計算値を計算して求め、実測して求
めた排ガスボイラ発生蒸気流量の実測値と上記計算値と
を比較し、同計算値と実測値が等しくなった時点で排ガ
スボイラ出口弁閉鎖指令を発生するようにした多軸コン
バインドプラントの蒸気系切離制御方法を提供するもの
である。
【0023】
【作用】上記したように本発明では、複数のガスタービ
ンを有する多軸コンバインドプラントに於て、排ガスボ
イラの蒸気出口に備わっている圧力計等で計測した同排
ガスボイラ出口蒸気圧の値と、タービンバイパス弁に併
設されているタービンバイパス弁の開度計等で計測した
開度の値に基づいてタービンバイパスラインに流れる蒸
気流量の値を計算して求め、一方、排ガスボイラの蒸気
出口に備わっている蒸気の流量計等で実測した蒸気流量
の値を知り、この実測値と上記計算値とを比較器等で比
較し、その結果両方の値が等しくなった時点で排ガスボ
イラ出口弁の閉鎖指令を発生して、排ガスボイラ出口弁
を閉めるようにしたものである。
【0024】
【実施例】本発明の実施例を図1に基づいて説明する。
なおガスタービンと排ガスボイラと蒸気タービンとで構
成するコンバインドプラントとしての基本構造及びその
系統中に配置されたタービンバイパスライン、バイパス
弁、流量計、圧力計等々の諸機器は従来のものと何ら変
らないので、本実施例の説明に必要な場合には図2の記
載中からその機器名及び部品番号を適宜援用して以下説
明する。
【0025】タービンバイパスライン(17,18)に
は、流量計は設置していないので、同タービンバイパス
ライン(17,18)に設けたタービンバイパス弁(1
5,16)の弁開度を検知するPOS〔ポジショナー〕
(23,24)でその開き程度を知り、かつ、排ガスボ
イラ(5,6)の蒸気出口に設けた圧力計〔P〕(1
9,20)でその圧力を知ってこの両者からタービンバ
イパス蒸気流量を計算して求める。
【0026】すなわち、タービンバイパス弁は弁の前後
差圧が大きいため、弁を流れる蒸気流量は、弁の前圧と
弁開度に比例する特徴を有している。この特徴に従え
ば、 タービンバイパス蒸気流量=K×タービンバイパス弁開
度×排ガスボイラ出口蒸気圧力。 にて計算できる。
【0027】ここに、Kはタービンバイパス弁固有のバ
ルブ定数である。また、タービンバイパス弁前蒸気圧力
は、排ガスボイラ出口蒸気圧力(19,20)に略々等
しいことを利用している。
【0028】実際のプラント制御装置では、上記の式を
そのままプログラムすればよいが、最近では、制御用P
OL〔プログラム,オリエンティド,ランゲィジ〕にて
制御ロジックを表現することが広く用いられているの
で、図1で整理して示すように計測したタービンバイパ
ス弁開度と排ガスボイラ出口蒸気圧力を乗算器(31)
にてかけ算し、バルブ定数K(32)を乗算器(33)
にてかけ算した結果がタービンバイパス蒸気流量とな
る。
【0029】この値と計測した排ガスボイラ発生蒸気流
量を比較器(34)にて比較し、タービンバイパス蒸気
流量と排ガスボイラ発生蒸気流量が等しくなったタイミ
ングで排ガスボイラ出口弁に閉鎖指令を出力する。
【0030】これにより排ガスボイラ出口弁(9,1
0)は閉鎖されるが、この際同排ガスボイラ出口弁
(9,10)の閉鎖に伴なうショックによる蒸気タービ
ンへの蒸気流入量の急変は起こらない。
【0031】また、排ガスボイラ出口蒸気圧力および蒸
気タービン入口蒸気圧力に従来以上の計測精度を要求さ
れず、しかも、従来から取付けている計器の他に新たな
計器を設置する必要はない。
【0032】なお、図2を援用して説明した都合上、タ
ービンバイパスライン(17,18)、タービンバイパ
ス弁(15,16)、排ガスボイラ出口弁(9,10)
等々の様に、部品番号を並記して説明したが、二系列の
場合は一系列毎に、n系列の場合は一系列又は選ばれた
m系列が並行して制御されるものであり、その選択は運
転状況に応じて適宜行なわれるものであることは勿論で
ある。
【0033】以上、本発明を図示の実施例について説明
したが、本発明はかかる実施例に限定されず、本発明の
範囲内でその具体的構造に種々の変更を加えてよいこと
はいうまでもない。
【0034】
【発明の効果】以上、本発明によれば、排ガスボイラ発
生蒸気流量と計算されたタービンバイパス蒸気流量が等
しくなった時点で排ガスボイラ出口弁を閉めるので、排
ガスボイラ出口弁閉止のショックによる蒸気タービンへ
の蒸気流入量の急変は起こらない。
【0035】また、通常のプラントが普通に備えている
計器、機器を用いるだけで新たな計器等を何ら要求する
ことなく初期の効果を奏しうるものであり、経済上の利
点も大きいものである。
【0036】また、最近の多軸コンバインドプラント
は、従来よりさらに熱効率を上げるために、再熱式が採
用されているが、多軸再熱式コンバインドプラントで
は、ガスタービンの停止操作時点の排ガスボイラ出口弁
閉止タイミングが非再熱式プラント以上に正確であるこ
とを要求されることになる。したがって、このようなプ
ラントに本発明を採用することにより、プラント運用に
寄与する相乗的効果は大きいものとなる。
【0037】尚、上記は、運転中のガスタービンの台数
を減らす操作について説明しているが、蒸気タービンを
含めてプラント全体を停止する手順は、運転中のガスタ
ービンを順次停止していくので、本発明は、プラントを
停止する時にも有効である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係わる制御ロジック図。
【図2】多軸コンバインドプラントの蒸気系統を含む構
成図。
【図3】蒸気圧力の挙動を示す説明図。
【符号の説明】
1,2 ガスタービン 5,6 排ガスボイラ 9,10 排ガスボイラ出口弁 15,16 タービンバイパス弁 17,18 タービンバイパスライン 19,20 排ガスボイラ出口蒸気圧力計 21,22 排ガスボイラ発生蒸気流量計 23,24 タービンバイパス弁開度計 30,33 乗算器 34 比較器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F01K 23/10 F01D 17/24 F01D 21/00 F22B 1/18

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数のガスタービンを有する多軸コンバ
    インドプラントにおいて、排ガスボイラ出口蒸気圧力と
    タービンバイパス弁開度からタービンバイパスラインに
    流れる蒸気流量の計算値を計算して求め、実測して求め
    た排ガスボイラ発生蒸気流量の実測値と上記計算値とを
    比較し、同計算値と実測値が等しくなった時点で排ガス
    ボイラ出口弁閉鎖指令を発生するようにしたことを特徴
    とする多軸コンバインドプラントの蒸気系切離制御方
    法。
JP07153246A 1995-06-20 1995-06-20 多軸コンバインドプラントの蒸気系切離制御方法 Expired - Lifetime JP3073429B2 (ja)

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EP2829691A1 (de) * 2013-07-25 2015-01-28 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum Betreiben einer GuD-Anlage
CN106761968B (zh) * 2017-02-16 2018-08-07 华电电力科学研究院 一种母管制背压式汽轮机单台机组的热耗率测试方法

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