JP3614640B2 - 火力発電プラントの熱効率診断方法および装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、既に運転されている火力発電プラントについて熱効率の変動や劣化が生じたような場合に、熱効率劣化要因機器を明確に特定し、点検および補修等による熱効率の回復を適正に、かつ能率よく行える火力発電プラントの熱効率診断方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
火力発電プラントの熱効率は、燃料節約・発電コスト低減の双方の観点から、ますます注目視されている。実際に熱効率が変化した場合に、その原因がプラント中のどの機器にあるのか特定することは熱効率管理上重要である。
【０００３】
ここで、熱効率とは、発電プラントの性能を表す数値で、消費した燃料のエネルギーに対する発電した電力の比を示す。熱効率は以下の式で表される。
【０００４】
【数１】
この熱効率を向上させることにより、燃料消費量の節減につながる。
【０００５】
ところで、既設の発電プラントにおいては、日々の計測、そして定期的な性能試験によって、プラント全体、および各機器個別の性能管理が実施されており、プラントの運用・保守に反映されている。
【０００６】
このプラントの運用・保守のための熱効率管理の方法としては、従来一般に、タービン設備全体・ボイラ設備全体、そしてタービン設備のうちの幾つかの機器に関し、個別に性能計算を行っている。
【０００７】
即ち、プラント全体については、プラント効率を燃料発熱量、燃料流量、発電機出力を用いて計算している。また、タービン側については、タービン室効率を給水流量計測値を用いて計算している。
【０００８】
さらに、高圧タービンについては、内部効率を高圧タービン出入口の蒸気温度、圧力の計測値を用いて計算しており、中圧タービンについては、内部効率を中圧タービン出入口の蒸気温度、圧力の計測値を用いて計算している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
火力発電プラントの点検、補修等については、設備機器が大掛りであることから作業量が多く、要する機材、期間、人員、コスト等も多大なものとなる。このような大掛りな点検、補修は可能な限り高いプラント熱効率の回復結果が期待されるところであり、そのためには点検、補修箇所を特定する手段である熱効率診断によって効率劣化要因機器を従来に増して、一層明確に特定することが望まれる。しかも、診断自体にはコンピュータ処理が多く導入されているが、それに費される設備、作業量、運用コスト等についても可能な限り低廉であることが望まれる。
【００１０】
本発明はかかる事情のもとになされたものであり、熱効率診断のさらなる精度向上が図れるとともに、それが能率よく行え、かつ各機器個別の性能変化がプラント全体に与える影響を精度良く解析することができ、それにより点検・補修等による熱効率の回復が一層適切に行える火力発電プラントの熱効率診断方法および装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明では、既設プラントの熱効率診断の精度向上を図る手法として、ヒートバランス解析を導入した。
【００１２】
ヒートバランスとは、発電プラント全体における各要素機器毎の熱エネルギーや電気エネルギーの収支をいう。
【００１３】
従来ヒートバランスは、火力プラントメーカが設計時に、大型コンピュータで解析することはあったが、電力会社が熱効率管理に用いることはほとんどなかった。この理由としては、設置後の運転プラントにおいては相互の機器の関連が複雑なために、非常に大型の計算機を用いて収束計算を行う必要があり、設備、作業量、運用コスト等が厖大となって、現実的な面から採用が困難であったことが挙げられる。
【００１４】
これに対し、発明者における種々の研究、試みの結果、プラント全ての機器について個別に性能計算を行うのではなく、現状の熱効率管理手法に加え、発電プラントにおける各計測データを基に、プラント全体のヒートバランスを組んだとき整合性がとれているか検討を行うことにより、各計測データのクロスチェックが可能であることから、診断の精度向上が可能であるとの着想を得るに至った。
【００１５】
即ち、発電プラントの機器についての熱入出力に関する計測データには精度面からのバラつきがあり、例えばボイラからの主蒸気流量については、流量計の汚れによる劣化によって、低精度となる傾向がある。一方、高，中圧タービンの内部効率、高，中，低圧タービン抽気を用いる給水系統の加熱機器である給水加熱器や脱気器周りの温度、圧力等については高精度の計測データが得られる。
【００１６】
そこで、発電プラントの各計測データを精度的に区分し、高精度データに基づいて低精度データを収束する計算を行うことで、低精度データの高精度化を図れば、プラント全体のヒートバランスを容易に組むことができるはずである。
【００１７】
このヒートバランスは、予め設計段階で計算によって求めたヒートバランスと比較することによって各構成機器の性能変化量を検討することが可能である。
【００１８】
この各構成機器の性能変化量が、火力発電プラント全体の熱効率に対して影響を及ぼす程度、即ち熱効率の寄与度については、全ての機器が同列ではなく、機器によって差がある。
【００１９】
この差を「各機器のプラント熱効率への影響係数」として予め求め、得られた設計値からの性能変化量にその影響係数を乗じて各機器の「寄与度」を算出すれば、熱効率劣化要因機器の特定がより明確に行えることになる。
【００２０】
本発明は以上の知見に基づいてなされたものであり、請求項１の発明では、火力発電プラントの各機器について熱入出力に関する計測を行い、得られた計測データの中で高精度と認められる発電機出力の高精度計測データに基づいて上記各機器についてのヒートバランス計算を行い、上記発電機出力の高精度計測データおよびヒートバランスを基準値として低精度と認められる計測データの収束計算を行うことによりプラント全体のヒートバランスを決定し、予め求めた前記機器の性能が熱効率に与える寄与度と前記決定されたヒートバランスとに基づいて、熱効率劣化要因機器を特定することを特徴とする火力発電プラントの熱効率診断方法を提供する。
【００２１】
請求項２の発明では、請求項１記載の火力発電プラントの熱効率診断方法において、収束計算すべき低精度計測データの対象を主蒸気流量とし、収束計算の基準値とすべき高精度計測データおよびヒートバランス値を、それぞれ発電機出力およびタービン内部ヒートバランス値、タービン抽気による給水加熱機器周りのヒートバランス値とすることを特徴とする火力発電プラントの熱効率診断方法を提供する。
【００２２】
請求項３の発明では、診断対象プラントが高，中，低圧タービンを有するものである場合、請求項２記載の方法を高，中圧タービンおよびこれらにより駆動される第１発電機について適用することを特徴とする火力発電プラントの熱効率診断方法を提供する。
【００２３】
請求項４の発明では、診断対象プラントが高，中，低圧タービンを有するものである場合、請求項２および３記載の方法に加え、収束計算すべき低精度計測データの対象を低圧タービン内部効率とし、収束計算の基準値とすべき高精度計測データおよびヒートバランス値を、それぞれ前記低圧タービンにより駆動される第２発電機出力および前記低圧タービンの内部ヒートバランス値、前記低圧タービン抽気による給水加熱機器周りのヒートバランス値とすることを特徴とする火力発電プラントの熱効率診断方法を提供する。
【００２４】
請求項５の発明では、請求項１から３までのいずれかに記載の火力発電プラントの熱効率診断方法において、収束計算により求めた主蒸気流量を要素としてボイラ効率計算を行うことを特徴とする火力発電プラントの熱効率診断方法を提供する。
【００２５】
請求項６の発明では、火力発電プラントの各機器について熱入出力に関する計測を行うセンサと、このセンサから出力された計測データを記憶するメモリと、前記計測データの中から予め高精度と認定された発電機出力の高精度計測データを抽出し、その抽出された発電機出力の高精度計測データに基づいて当該高精度データが得られる機器についてのヒートバランス計算を行うヒートバランス計算手段と、高精度計測データおよびヒートバランスを基準値として低精度と認められる計測データの収束計算を行う収束計算手段と、この収束計算手段で求められたデータ収束値および前記高精度と認められた発電機出力の高精度計測データを入力し、プラント全体のヒートバランスを決定するプラント効率計算手段とを備えたことを特徴とする火力発電プラントの熱効率診断装置を提供する。
【００２６】
請求項７の発明では、請求項６記載の火力発電プラントの熱効率診断装置において、火力発電プラントの各機器について各機器の性能がプラント全体の熱効率に与える寄与度を計算する寄与度計算手段と、得られた寄与度と、プラント全体のヒートバランスとに基づいて、熱効率劣化要因機器を特定する劣化要因機器特定手段とを備えたことを特徴とする火力発電プラントの熱効率診断装置を提供する。
【００２７】
以上の本発明によれば、比較的高精度の測定が可能である発電機出力をベースの高精度計測データとして収束計算を行うことによって、信頼性の高いヒートバランスを作成できる。
【００２８】
また、ヒートバランスを計算したことにより、高精度測定が困難とされる給水流量、並びにその出口が湿り蒸気になるため、計測された温度・圧力から直接算出することはできない低圧タービンの内部効率も決定することができる。
【００２９】
また、ヒートバランスを組むことのさらなる利点として、各機器個別の性能変化がプラント全体に与える影響を精度良く解析することが可能となることが挙げられる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る火力発電プラントの熱効率診断方法および装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００３１】
図１は、熱効率診断の対象となる火力発電プラントの構成例を示す系統図である。図２は、本実施形態による熱効率診断装置を示すシステム構成図であり、図３は同装置を使用して熱効率診断を行う方法のうち、プラント効率計算を行う手順を示すフローチャートである。図４は、上記方法で得られた熱効率に基づいて熱効率要因機器を特定する場合の寄与度を説明するためのグラフである。
【００３２】
なお、本実施形態の診断対象として適用した火力発電プラントは、発電機軸構成がクロスコンパウンド（高圧−中圧タービンに接続している３０００回転のＰｒｉ発電機と低圧タービンに接続している１５００回転のＳｅｃ発電機）になっている１００万ｋＷ出力のプラントである。
【００３３】
このプラントは図１に示すように、蒸気発生器であるボイラ１と、このボイラ１から供給される主蒸気によって駆動される高圧タービン２と、この高圧タービン２から排出されボイラ１で再熱された蒸気によって駆動される中圧タービン３と、この中圧タービン３からの排蒸気によって駆動される低圧タービン４とを備えている。高，中圧タービン２，３には第１発電機（Ｐｒｉ発電機）５が連結され、低圧タービン４には第２発電機（Ｓｅｃ発電機）６が連結されている。なお、低圧タービン４は２基がクロスコンパウンド型で設けられるが、図１では１基のみ代表的に示してある。
【００３４】
高，中圧タービン２，３には抽気系７，８が設けられ、これらを介し、ボイラ１への給水系統に設けられる加熱機器である高圧給水加熱器（高圧ヒータ）９および脱気器１０にそれぞれ抽気蒸気が供給される。
【００３５】
また、低圧タービン４にも抽気系１１が設けられ、同様に低圧給水加熱器（低圧ヒータ）１２に抽気蒸気が供給される。低圧タービン６の排気側には復水器１４が設けられている。なお、１５ａ，１５ｂ，１５ｃはそれぞれ、ボイラ給水ポンプ、低圧給水ポンプ、復水ポンプを示す。
【００３６】
次に、図２によって熱効率診断装置の構成について説明する。
【００３７】
この熱効率診断装置は、熱効率に関する計測を行う複数のセンサ２１ａ…２１ｎと、これらのセンサ２１から計測データを取込んで処理を行うコンピュータシステム２２とを有する。コンピュータシステム２２は、Ａ−Ｄ変換器等の変換器２３、各種計算を行うＣＰＵ２４、必要な情報をアドレスに分けて記憶し、ＣＰＵ２４との間で通信を行うメモリ２５等を有するシステム本体２６と、このシステム本体２６に接続された入力装置２７および出力装置２８とを備えている。
【００３８】
各センサ２１ａ…２１ｎは、図１に示した火力発電プラントのボイラ１、高，中圧タービン２，３、低圧タービン４、第１，第２発電機５，６、抽気系７，８，１１、高，低圧ヒータ９，１２および脱気器１０等の熱入出部にそれぞれ配設されており、主蒸気流量、各タービン抽気流量、各タービン入出熱、各ヒータおよび脱気器周りの入出熱、各発電機出力等を計測し、その計測データがコンピュータシステム２２に取込まれる。
【００３９】
これらの計測データのうち、主蒸気流量、高，中，低圧タービン抽気流量、低圧タービン内部効率等に関するデータには計測誤差が見込まれるため、本実施形態ではこれらのデータが仮入力の形でコンピュータシステム２２に取込まれ、一旦メモリ２５の各アドレスに記憶された後、ＣＰＵ２４において収束計算の対象とされる。
【００４０】
一方、直接的な熱入力データとして取込まれる各タービン入出熱、各ヒータおよび脱気器周りの入出熱、各発電機出力等については計測誤差が殆どなく、高精度計測データであることから、メモリ２５の各アドレスに確定値として記憶される。即ち、各タービン入出熱、各ヒータおよび脱気器周りの入出熱のデータに基づいて、ＣＰＵ２４において高，中，低圧タービンの内部ヒートバランス計算、各ヒータおよび脱気器周りヒートバランス計算等が行われ、これらのヒートバランス計算値が、仮入力された各タービン抽気量の収束計算の基準値として使用される。
【００４１】
また、各発電機出力の計測データは、仮入力データによって求められた発電機出力の計算値が実際の出力に合致するか否かの比較基準値としてＣＰＵ２４に出力される。そして、この比較により発電機出力の計算値が実際の出力値と異なる場合には、初期に仮入力された主蒸気流量または低圧タービン内部効率に誤差が含まれていたと判断されることから、それらの誤差を除去する収束計算の基準値として、発電機出力の高精度計測データが適用される。
【００４２】
以上の計測データの誤差を考慮した収束計算により決定された主蒸気流量等のデータ集束値は、高精度と認められる各計測データとともに、メモリ２５の所定のアドレスに格納される。また、ＣＰＵ２４では以上のデータに基づいて高，中，低圧タービン効率の計算が行われ、その計算結果もメモリ２５に格納される。
【００４３】
一方、ＣＰＵ２４ではボイラ１における入力、出口熱量差および燃料消費量と、前述した収束計算により決定された主蒸気流量とに基づいてボイラ効率計算が行われる。そして、この計算によって求められたボイラ効率と、前述した各タービン効率との関係に基づいて、プラント全体の熱効率が求められる。以上の全てのデータはメモリ２５内に保持される。
【００４４】
さらに、本実施形態においては、入力装置２６を介し、予め求められた各機器の性能がプラント全体の効率に与える寄与度がＣＰＵ２４に入力されて計算され、メモリ２５内に格納されている。そして、この寄与度と、前述したヒートバランスに基づく各機器の熱効率の決定値との関係に基づいて、ＣＰＵ２４において熱効率劣化要因機器の特定が行われ、その結果がグラフ等の形で出力装置２７に出力できるようになっている。
【００４５】
なお、メモリ２５の別のアドレス中には、メーカによる設計段階でのヒートバランス計算値、および入出熱法あるいは熱損失法によって求められたボイラ室効率、タービン室効率等の各種データ等も格納され、ＣＰＵ２４で比較計算その他の作図、作表等が行えるようになっている。
【００４６】
次に、図３のフローチャートによって、ヒートバランスに基づくプラント効率解析手順を説明する。
【００４７】
本実施形態では、まず高，中圧タービン２，３およびその抽気系７，８に付随する高圧ヒータ９および脱気器１０のヒートバランスが求められる。次いで、低圧タービン４およびその抽気系１１の低圧ヒータ１２のヒートバランスと、ボイラ１のヒートバランスとが求められる。そして、これらタービン効率とボイラ効率とに基づいて、プラント全体の熱効率が求められる。なお、図３には図示しないが、復水器、ＢＦＰタービンその他の付随機器についてもヒートバランスが求められる。
【００４８】
詳述すると、スタート後、コンピュータシステム２２への主蒸気流量仮入力が行われる（ステップ１０１）、この主蒸気流量は、例えばこれと等価のボイラ１への給水流量計測等により行われるが、計測誤差が含まれることから仮入力とする。但し、この主蒸気流量はタービン効率およびボイラ効率の計算上の基礎的要素であることから、後に収束計算によって誤差の解消を図る。なお、プラント効率、タービン効率、ボイラ効率は下記（１）〜（３）式の関係を有する。
【００４９】
【数２】
【００５０】
但し、タービン効率を求める場合には、前記主蒸気流量Ｇの値から抽気流量を差引く必要がある。そこで、本実施形態では、次に高，中圧タービン抽気流量を仮定してコンピュータシステム２２に入力し（ステップ１０２）、実質的な蒸気流量の算定を図る。ここで、高，中圧タービン抽気流量の入力を仮定値としたのは、用いる抽気流量の計測データについても誤差が見込まれるためである。
【００５１】
この抽気流量は、高精度が見込まれる高，中圧タービン２，３への入出熱量差、および高圧ヒータ９および脱気器１０周りの熱量差の計測値と整合すべき値である。そこで、高，中圧タービン内部ヒートバランス計算（ステップ１０３）、および高圧ヒータ，脱気器周りヒートバランス計算（ステップ１０４）を行うとともに、これらの要素に基づいて仮定抽気流量の整合性判断（ステップ１０５）を行い、これらが整合するまで抽気流量をフィードバックにより収束させる。
【００５２】
この収束工程によって抽気流量が決定できるので、次に仮入力した主蒸気流量に基づいて第１発電機（Ｐｒｉ発電機）５の出力計算を行い（ステップ１０６）、この計算値を実際の第１発電機出力計測値と比較する（ステップ１０７）。この計測値は高精度が得られるものであることから、ステップ１０６の計算値とズレがある場合には、ステップ１０１で最初に仮入力した主蒸気流量に誤差があると判断される。したがって、ステップ１０７において第１発電機５の出力計算値と計測値とが整合するまで、フィードバックにより主蒸気流量の収束を行う。
【００５３】
この収束を行うことによって、主蒸気流量の誤差が消去され、高精度データとして前記（１）〜（３）式で採用するＧの値が決定できる。
【００５４】
このようにして、高，中圧タービン２，３とその付属機器に関連するヒートバランスが決定したら、次に低圧タービン４およびその付属機器のヒートバランス計算に移行する。
【００５５】
ここでは、まず低圧タービン内部効率のコンピュータシステム２２への仮入力を行う（ステップ１０８）。この低圧タービン内部効率の計測要素となる蒸気は湿り度が高く、それに基づく誤差により高精度が見込まれないことから、仮入力とするものである。
【００５６】
次いで、低圧タービン抽気流量を仮定してコンピュータシステム２２への入力を行う（ステップ１０９）。抽気蒸気も湿り度の影響を受けるためである。
【００５７】
但し、この抽気流量は、高精度が見込まれる低圧タービン４への入出熱量差、および低圧ヒータ１２の周りの入出熱量の計測値と整合すべき値であるので、低圧タービン内部ヒートバランス計算（ステップ１１０）、および低圧ヒータ周りのヒートバランス計算（１１１）を行うとともに、これらの要素に基づいて仮定抽気流量の整合性判断（ステップ１１２）を行うことにより、抽気流量をフィードバックにより前記同様に収束させることができる。
【００５８】
抽気流量が決定できれば、低圧タービン内部効率に基づいて第２発電機（Ｓｅｃ発電機）６の出力計算を行い（ステップ１１３）、この計算値を実際の第２発電機出力計測値と比較する（ステップ１１４）。この計測値も高精度が得られるものであることから、ステップ１１３の計算値とズレがある場合には、ステップ１０８で仮入力した低圧タービン内部効率に誤差があると判断される。そこで、ステップ１１４において第２発電機６の出力計算値と計測値とが整合するまで、フィードバックにより低圧タービン内部効率の収束を行う。
【００５９】
この収束によって低圧タービン内部効率の誤差が消去され、高精度データとして採用できるので、低圧タービン４とその付属機器に関するヒートバランスが決定できる。
【００６０】
一方、ボイラ効率については、ステップ１０７の高，中圧タービン側でのフローにおいて決定した主蒸気流量（Ｇ）を使用して、前記式（３）に基づく効率計算を行う（ステップ１１５）。このステップ１１５において求められるボイラ効率は、主蒸気流量の収束値を使用することで、高精度が見込まれる。
【００６１】
そして、各タービンおよびボイラ効率が求められた後は、これらを使用して、前記式（１）によりプラント全体の効率計算を行い（ステップ１１６）、これによりヒートバランス作成フローがエンドとなる。
【００６２】
本実施形態では、以上の方法で求めたヒートバランスを、設計段階のヒートバランスと比較して、その精度の実証を行った。
【００６３】
下記の表１に、その比較結果を示す。
【００６４】
【表１】
【００６５】
この表１に示すように、本実施形態による結果出力値であるタービン出力効率・給水流量・低圧タービン内部効率に関して、設計値と再現値が一致していることから、設計ベースのヒートバランスを再現できたといえる。したがって、当ヒートバランス作成プログラムの妥当性を検証できたと考えられる。
【００６６】
また、本実施形態の方法（以下、ヒートバランス解析法という）で求めた給水流量、ボイラ出力効率およびタービン出力効率について、従来行われる入出熱法および熱損失法により得られた結果との比較を行った。その結果を、定期点検（定検）の前後について、下記の表２，３に示す。
【００６７】
【表２】
【００６８】
【表３】
【００６９】
表２に示すように、従来手法によって計算された定検前のボイラ室効率は、入出熱法で求めた値と熱損失法で求めた値の間に、以下のように０．６％程開きがあった。
【００７０】
【外１】
【００７１】
なお、入出熱法は、燃料による入熱と蒸気による出熱からボイラ室効率を計算する方法であり、測定された給水流量を用いる必要がある。上記の入出熱法の値は常設の給水流量計（給水流量基準）の測定値を用いている。
【００７２】
また熱損失法は、燃焼排ガスによる熱損失の割合を計算し、１００％からその割合を差引いてボイラ室効率を計算する方法である。今回の性能試験では、さらに復水流量基準の給水流量計を特設したが、この測定値を基に入出熱法でボイラ室効率を算出すると、以下のようになる。
【００７３】
【外２】
入出熱法（特設計器）＝８４．６３％
このように、入出熱法、または熱損失法のどちらを採用するか、さらには、入出熱法でも常設計器のデータを用いるか、特設計器のデータを用いるかによって、効率劣化部位の特定がタービン側かボイラ側か大きく異なる。
【００７４】
これに対し、ヒートバランス解析結果から給水流量を決定した場合には、以下のようになった。
【００７５】
【外３】
【００７６】
この値は、上記の２つの給水流量計の測定値の丁度中間の値となった。さらに、この給水流量を基にボイラ室効率を入出熱法で計算すると、以下のように熱損失法の値とほぼ一致した。
【００７７】
【外４】
ボイラ効率＝８６．６３％
熱損失法は、ＡＳＥＭでも推奨しているように、誤差が比較的小さいとされている。
【００７８】
今回、ヒートバランス解析法の結果と、この熱損失法による計算結果に矛盾がなく、整合性がとれていることが確認できた。
【００７９】
この傾向は、表４に示すように定検後の解析でも同様であった。
【００８０】
次に、本実施形態では、予め求めた各機器の性能が熱効率に与える寄与度と前記決定されたヒートバランスとに基づいて、熱効率劣化要因機器を特定することを行った。即ち、各機器の影響係数を予め求めておき、得られた熱効率にその影響係数をそれぞれ乗じて各機器の寄与度を算出した。
【００８１】
図４は、定期検査前後の性能試験におけるプラント効率に対する各機器の寄与度を棒グラフで示したものである。
【００８２】
定検前については、各左側の幅広ハッチング部分、定検後については、各右側の幅狭ハッチング部分で示してある。
【００８３】
図４において、基準線（寄与度０％のライン）が設計ベースを表し、それより上側は熱効率上昇要因、下側は熱効率低下要因であることを示す。
【００８４】
定検前の解析結果によると、図４の各左側の幅広ハッチング部分に示したように、タービン側、特に高・中圧タービンが効率低下の原因機器であることが明らかになった。
【００８５】
このような定検前の解析を基に、定検において性能劣化部位の補修を行った結果、定検後においてはプラント効率が顕著に回復した。その効率回復分に対する各機器毎の内訳は、同様のヒートバランス解析により図４の各右側の幅狭ハッチング部分に示したように、基準線側に移行していることから明らかである。
【００８６】
以上のように、本実施形態によれば、今回、ヒートバランス解析による熱効率劣化診断手法を１００万ｋＷ出力の火力プラントに適用し、劣化要因機器を特定するとともに、補修工事による性能回復を実現させることができ、このことから本発明の有効性が実証された。
【００８７】
但し、本発明は以上の実施形態に限定されるものではなく、小規模の火力発電プラントあるいは大規模なコンバインドサイクルプラント等、各種形式、規模のプラントに広く適用できるものである。
【００８８】
【発明の効果】
以上で詳述したように、本発明によれば、計測精度の差を考慮して収束計算を行うとともに、ヒートバランス計算を導入することにより、熱効率診断のさらなる精度向上が図れるとともに、それが能率よく行え、かつ各機器個別の性能変化がプラント全体に与える影響を精度良く解析することができ、それにより点検・補修等による熱効率の回復が一層適切に行える等の効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すもので、火力発電プラントの熱効率診断の対象となる火力発電プラントの構成例を示す系統図。
【図２】前記実施形態による熱効率診断装置を示すシステム構成図。
【図３】前記実施形態による熱効率診断装置を使用して熱効率診断を行う方法のうち、プラント効率計算を行う手順を示すフローチャート。
【図４】前記実施形態による火力発電プラントの熱効率診断方法で得られた熱効率に基づいて、熱効率要因機器を特定する場合の寄与度を説明するためのグラフ。
【符号の説明】
１ ボイラ
２ 高圧タービン
３ 中圧タービン
４ 低圧タービン
５ 第１発電機（Ｐｒｉ発電機）
６ 第２発電機（Ｓｅｃ発電機）
７，８ 抽気系
９ 高圧給水加熱器（高圧ヒータ）
１０ 脱気器
１１ 抽気系
１２ 低圧給水加熱器（低圧ヒータ）
１４ 復水器
１５ａ ボイラ給水ポンプ
１５ｂ 低圧給水ポンプ
１５ｃ 復水ポンプ
２１，２１ａ，…，２１ｎ センサ
２２ コンピュータシステム
２３ Ａ−Ｄ変換器等の変換器
２４ ＣＰＵ
２５ メモリ
２６ システム本体
２７ 入力装置
２８ 出力装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、既に運転されている火力発電プラントについて熱効率の変動や劣化が生じたような場合に、熱効率劣化要因機器を明確に特定し、点検および補修等による熱効率の回復を適正に、かつ能率よく行える火力発電プラントの熱効率診断方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
火力発電プラントの熱効率は、燃料節約・発電コスト低減の双方の観点から、ますます注目視されている。実際に熱効率が変化した場合に、その原因がプラント中のどの機器にあるのか特定することは熱効率管理上重要である。
【０００３】
ここで、熱効率とは、発電プラントの性能を表す数値で、消費した燃料のエネルギーに対する発電した電力の比を示す。熱効率は以下の式で表される。
【０００４】
【数１】
【０００５】
ところで、既設の発電プラントにおいては、日々の計測、そして定期的な性能試験によって、プラント全体、および各機器個別の性能管理が実施されており、プラントの運用・保守に反映されている。
【０００６】
このプラントの運用・保守のための熱効率管理の方法としては、従来一般に、タービン設備全体・ボイラ設備全体、そしてタービン設備のうちの幾つかの機器に関し、個別に性能計算を行っている。
【０００７】
即ち、プラント全体については、プラント効率を燃料発熱量、燃料流量、発電機出力を用いて計算している。また、タービン側については、タービン室効率を給水流量計測値を用いて計算している。
【０００８】
さらに、高圧タービンについては、内部効率を高圧タービン出入口の蒸気温度、圧力の計測値を用いて計算しており、中圧タービンについては、内部効率を中圧タービン出入口の蒸気温度、圧力の計測値を用いて計算している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
火力発電プラントの点検、補修等については、設備機器が大掛りであることから作業量が多く、要する機材、期間、人員、コスト等も多大なものとなる。このような大掛りな点検、補修は可能な限り高いプラント熱効率の回復結果が期待されるところであり、そのためには点検、補修箇所を特定する手段である熱効率診断によって効率劣化要因機器を従来に増して、一層明確に特定することが望まれる。しかも、診断自体にはコンピュータ処理が多く導入されているが、それに費される設備、作業量、運用コスト等についても可能な限り低廉であることが望まれる。
【００１０】
本発明はかかる事情のもとになされたものであり、熱効率診断のさらなる精度向上が図れるとともに、それが能率よく行え、かつ各機器個別の性能変化がプラント全体に与える影響を精度良く解析することができ、それにより点検・補修等による熱効率の回復が一層適切に行える火力発電プラントの熱効率診断方法および装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明では、既設プラントの熱効率診断の精度向上を図る手法として、ヒートバランス解析を導入した。
【００１２】
ヒートバランスとは、発電プラント全体における各要素機器毎の熱エネルギーや電気エネルギーの収支をいう。
【００１３】
従来ヒートバランスは、火力プラントメーカが設計時に、大型コンピュータで解析することはあったが、電力会社が熱効率管理に用いることはほとんどなかった。この理由としては、設置後の運転プラントにおいては相互の機器の関連が複雑なために、非常に大型の計算機を用いて収束計算を行う必要があり、設備、作業量、運用コスト等が厖大となって、現実的な面から採用が困難であったことが挙げられる。
【００１４】
これに対し、発明者における種々の研究、試みの結果、プラント全ての機器について個別に性能計算を行うのではなく、現状の熱効率管理手法に加え、発電プラントにおける各計測データを基に、プラント全体のヒートバランスを組んだとき整合性がとれているか検討を行うことにより、各計測データのクロスチェックが可能であることから、診断の精度向上が可能であるとの着想を得るに至った。
【００１５】
即ち、発電プラントの機器についての熱入出力に関する計測データには精度面からのバラつきがあり、例えばボイラからの主蒸気流量については、流量計の汚れによる劣化によって、低精度となる傾向がある。一方、高，中圧タービンの内部効率、高，中，低圧タービン抽気を用いる給水系統の加熱機器である給水加熱器や脱気器周りの温度、圧力等については高精度の計測データが得られる。
【００１６】
そこで、発電プラントの各計測データを精度的に区分し、高精度データに基づいて低精度データを収束する計算を行うことで、低精度データの高精度化を図れば、プラント全体のヒートバランスを容易に組むことができるはずである。
【００１７】
このヒートバランスは、予め設計段階で計算によって求めたヒートバランスと比較することによって各構成機器の性能変化量を検討することが可能である。
【００１８】
この各構成機器の性能変化量が、火力発電プラント全体の熱効率に対して影響を及ぼす程度、即ち熱効率の寄与度については、全ての機器が同列ではなく、機器によって差がある。
【００１９】
この差を「各機器のプラント熱効率への影響係数」として予め求め、得られた設計値からの性能変化量にその影響係数を乗じて各機器の「寄与度」を算出すれば、熱効率劣化要因機器の特定がより明確に行えることになる。
【００２０】
本発明は以上の知見に基づいてなされたものであり、請求項１の発明では、火力発電プラントの各機器について熱入出力に関する計測を行い、得られた計測データの中で高精度と認められる発電機出力の高精度計測データに基づいて上記各機器についてのヒートバランス計算を行い、上記発電機出力の高精度計測データおよびヒートバランスを基準値として低精度と認められる計測データの収束計算を行うことによりプラント全体のヒートバランスを決定し、予め求めた前記機器の性能が熱効率に与える寄与度と前記決定されたヒートバランスとに基づいて、熱効率劣化要因機器を特定することを特徴とする火力発電プラントの熱効率診断方法を提供する。
【００２１】
請求項２の発明では、請求項１記載の火力発電プラントの熱効率診断方法において、収束計算すべき低精度計測データの対象を主蒸気流量とし、収束計算の基準値とすべき高精度計測データおよびヒートバランス値を、それぞれ発電機出力およびタービン内部ヒートバランス値、タービン抽気による給水加熱機器周りのヒートバランス値とすることを特徴とする火力発電プラントの熱効率診断方法を提供する。
【００２２】
請求項３の発明では、診断対象プラントが高，中，低圧タービンを有するものである場合、請求項２記載の方法を高，中圧タービンおよびこれらにより駆動される第１発電機について適用することを特徴とする火力発電プラントの熱効率診断方法を提供する。
【００２３】
請求項４の発明では、診断対象プラントが高，中，低圧タービンを有するものである場合、請求項２および３記載の方法に加え、収束計算すべき低精度計測データの対象を低圧タービン内部効率とし、収束計算の基準値とすべき高精度計測データおよびヒートバランス値を、それぞれ前記低圧タービンにより駆動される第２発電機出力および前記低圧タービンの内部ヒートバランス値、前記低圧タービン抽気による給水加熱機器周りのヒートバランス値とすることを特徴とする火力発電プラントの熱効率診断方法を提供する。
【００２４】
請求項５の発明では、請求項１から３までのいずれかに記載の火力発電プラントの熱効率診断方法において、収束計算により求めた主蒸気流量を要素としてボイラ効率計算を行うことを特徴とする火力発電プラントの熱効率診断方法を提供する。
【００２５】
請求項６の発明では、火力発電プラントの各機器について熱入出力に関する計測を行うセンサと、このセンサから出力された計測データを記憶するメモリと、前記計測データの中から予め高精度と認定された発電機出力の高精度計測データを抽出し、その抽出された発電機出力の高精度計測データに基づいて当該高精度データが得られる機器についてのヒートバランス計算を行うヒートバランス計算手段と、高精度計測データおよびヒートバランスを基準値として低精度と認められる計測データの収束計算を行う収束計算手段と、この収束計算手段で求められたデータ収束値および前記高精度と認められた発電機出力の高精度計測データを入力し、プラント全体のヒートバランスを決定するプラント効率計算手段とを備えたことを特徴とする火力発電プラントの熱効率診断装置を提供する。
【００２６】
請求項７の発明では、請求項６記載の火力発電プラントの熱効率診断装置において、火力発電プラントの各機器について各機器の性能がプラント全体の熱効率に与える寄与度を計算する寄与度計算手段と、得られた寄与度と、プラント全体のヒートバランスとに基づいて、熱効率劣化要因機器を特定する劣化要因機器特定手段とを備えたことを特徴とする火力発電プラントの熱効率診断装置を提供する。
【００２７】
以上の本発明によれば、比較的高精度の測定が可能である発電機出力をベースの高精度計測データとして収束計算を行うことによって、信頼性の高いヒートバランスを作成できる。
【００２８】
また、ヒートバランスを計算したことにより、高精度測定が困難とされる給水流量、並びにその出口が湿り蒸気になるため、計測された温度・圧力から直接算出することはできない低圧タービンの内部効率も決定することができる。
【００２９】
また、ヒートバランスを組むことのさらなる利点として、各機器個別の性能変化がプラント全体に与える影響を精度良く解析することが可能となることが挙げられる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る火力発電プラントの熱効率診断方法および装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００３１】
図１は、熱効率診断の対象となる火力発電プラントの構成例を示す系統図である。図２は、本実施形態による熱効率診断装置を示すシステム構成図であり、図３は同装置を使用して熱効率診断を行う方法のうち、プラント効率計算を行う手順を示すフローチャートである。図４は、上記方法で得られた熱効率に基づいて熱効率要因機器を特定する場合の寄与度を説明するためのグラフである。
【００３２】
なお、本実施形態の診断対象として適用した火力発電プラントは、発電機軸構成がクロスコンパウンド（高圧−中圧タービンに接続している３０００回転のＰｒｉ発電機と低圧タービンに接続している１５００回転のＳｅｃ発電機）になっている１００万ｋＷ出力のプラントである。
【００３３】
このプラントは図１に示すように、蒸気発生器であるボイラ１と、このボイラ１から供給される主蒸気によって駆動される高圧タービン２と、この高圧タービン２から排出されボイラ１で再熱された蒸気によって駆動される中圧タービン３と、この中圧タービン３からの排蒸気によって駆動される低圧タービン４とを備えている。高，中圧タービン２，３には第１発電機（Ｐｒｉ発電機）５が連結され、低圧タービン４には第２発電機（Ｓｅｃ発電機）６が連結されている。なお、低圧タービン４は２基がクロスコンパウンド型で設けられるが、図１では１基のみ代表的に示してある。
【００３４】
高，中圧タービン２，３には抽気系７，８が設けられ、これらを介し、ボイラ１への給水系統に設けられる加熱機器である高圧給水加熱器（高圧ヒータ）９および脱気器１０にそれぞれ抽気蒸気が供給される。
【００３５】
また、低圧タービン４にも抽気系１１が設けられ、同様に低圧給水加熱器（低圧ヒータ）１２に抽気蒸気が供給される。低圧タービン６の排気側には復水器１４が設けられている。なお、１５ａ，１５ｂ，１５ｃはそれぞれ、ボイラ給水ポンプ、低圧給水ポンプ、復水ポンプを示す。
【００３６】
次に、図２によって熱効率診断装置の構成について説明する。
【００３７】
この熱効率診断装置は、熱効率に関する計測を行う複数のセンサ２１ａ…２１ｎと、これらのセンサ２１から計測データを取込んで処理を行うコンピュータシステム２２とを有する。コンピュータシステム２２は、Ａ−Ｄ変換器等の変換器２３、各種計算を行うＣＰＵ２４、必要な情報をアドレスに分けて記憶し、ＣＰＵ２４との間で通信を行うメモリ２５等を有するシステム本体２６と、このシステム本体２６に接続された入力装置２７および出力装置２８とを備えている。
【００３８】
各センサ２１ａ…２１ｎは、図１に示した火力発電プラントのボイラ１、高，中圧タービン２，３、低圧タービン４、第１，第２発電機５，６、抽気系７，８，１１、高，低圧ヒータ９，１２および脱気器１０等の熱入出部にそれぞれ配設されており、主蒸気流量、各タービン抽気流量、各タービン入出熱、各ヒータおよび脱気器周りの入出熱、各発電機出力等を計測し、その計測データがコンピュータシステム２２に取込まれる。
【００３９】
これらの計測データのうち、主蒸気流量、高，中，低圧タービン抽気流量、低圧タービン内部効率等に関するデータには計測誤差が見込まれるため、本実施形態ではこれらのデータが仮入力の形でコンピュータシステム２２に取込まれ、一旦メモリ２５の各アドレスに記憶された後、ＣＰＵ２４において収束計算の対象とされる。
【００４０】
一方、直接的な熱入力データとして取込まれる各タービン入出熱、各ヒータおよび脱気器周りの入出熱、各発電機出力等については計測誤差が殆どなく、高精度計測データであることから、メモリ２５の各アドレスに確定値として記憶される。即ち、各タービン入出熱、各ヒータおよび脱気器周りの入出熱のデータに基づいて、ＣＰＵ２４において高，中，低圧タービンの内部ヒートバランス計算、各ヒータおよび脱気器周りヒートバランス計算等が行われ、これらのヒートバランス計算値が、仮入力された各タービン抽気量の収束計算の基準値として使用される。
【００４１】
また、各発電機出力の計測データは、仮入力データによって求められた発電機出力の計算値が実際の出力に合致するか否かの比較基準値としてＣＰＵ２４に出力される。そして、この比較により発電機出力の計算値が実際の出力値と異なる場合には、初期に仮入力された主蒸気流量または低圧タービン内部効率に誤差が含まれていたと判断されることから、それらの誤差を除去する収束計算の基準値として、発電機出力の高精度計測データが適用される。
【００４２】
以上の計測データの誤差を考慮した収束計算により決定された主蒸気流量等のデータ集束値は、高精度と認められる各計測データとともに、メモリ２５の所定のアドレスに格納される。また、ＣＰＵ２４では以上のデータに基づいて高，中，低圧タービン効率の計算が行われ、その計算結果もメモリ２５に格納される。
【００４３】
一方、ＣＰＵ２４ではボイラ１における入力、出口熱量差および燃料消費量と、前述した収束計算により決定された主蒸気流量とに基づいてボイラ効率計算が行われる。そして、この計算によって求められたボイラ効率と、前述した各タービン効率との関係に基づいて、プラント全体の熱効率が求められる。以上の全てのデータはメモリ２５内に保持される。
【００４４】
さらに、本実施形態においては、入力装置２６を介し、予め求められた各機器の性能がプラント全体の効率に与える寄与度がＣＰＵ２４に入力されて計算され、メモリ２５内に格納されている。そして、この寄与度と、前述したヒートバランスに基づく各機器の熱効率の決定値との関係に基づいて、ＣＰＵ２４において熱効率劣化要因機器の特定が行われ、その結果がグラフ等の形で出力装置２７に出力できるようになっている。
【００４５】
なお、メモリ２５の別のアドレス中には、メーカによる設計段階でのヒートバランス計算値、および入出熱法あるいは熱損失法によって求められたボイラ室効率、タービン室効率等の各種データ等も格納され、ＣＰＵ２４で比較計算その他の作図、作表等が行えるようになっている。
【００４６】
次に、図３のフローチャートによって、ヒートバランスに基づくプラント効率解析手順を説明する。
【００４７】
本実施形態では、まず高，中圧タービン２，３およびその抽気系７，８に付随する高圧ヒータ９および脱気器１０のヒートバランスが求められる。次いで、低圧タービン４およびその抽気系１１の低圧ヒータ１２のヒートバランスと、ボイラ１のヒートバランスとが求められる。そして、これらタービン効率とボイラ効率とに基づいて、プラント全体の熱効率が求められる。なお、図３には図示しないが、復水器、ＢＦＰタービンその他の付随機器についてもヒートバランスが求められる。
【００４８】
詳述すると、スタート後、コンピュータシステム２２への主蒸気流量仮入力が行われる（ステップ１０１）、この主蒸気流量は、例えばこれと等価のボイラ１への給水流量計測等により行われるが、計測誤差が含まれることから仮入力とする。但し、この主蒸気流量はタービン効率およびボイラ効率の計算上の基礎的要素であることから、後に収束計算によって誤差の解消を図る。なお、プラント効率、タービン効率、ボイラ効率は下記（１）〜（３）式の関係を有する。
【００４９】
【数２】
但し、タービン効率を求める場合には、前記主蒸気流量Ｇの値から抽気流量を差引く必要がある。そこで、本実施形態では、次に高，中圧タービン抽気流量を仮定してコンピュータシステム２２に入力し（ステップ１０２）、実質的な蒸気流量の算定を図る。ここで、高，中圧タービン抽気流量の入力を仮定値としたのは、用いる抽気流量の計測データについても誤差が見込まれるためである。
【００５１】
この抽気流量は、高精度が見込まれる高，中圧タービン２，３への入出熱量差、および高圧ヒータ９および脱気器１０周りの熱量差の計測値と整合すべき値である。そこで、高，中圧タービン内部ヒートバランス計算（ステップ１０３）、および高圧ヒータ，脱気器周りヒートバランス計算（ステップ１０４）を行うとともに、これらの要素に基づいて仮定抽気流量の整合性判断（ステップ１０５）を行い、これらが整合するまで抽気流量をフィードバックにより収束させる。
【００５２】
この収束工程によって抽気流量が決定できるので、次に仮入力した主蒸気流量に基づいて第１発電機（Ｐｒｉ発電機）５の出力計算を行い（ステップ１０６）、この計算値を実際の第１発電機出力計測値と比較する（ステップ１０７）。この計測値は高精度が得られるものであることから、ステップ１０６の計算値とズレがある場合には、ステップ１０１で最初に仮入力した主蒸気流量に誤差があると判断される。したがって、ステップ１０７において第１発電機５の出力計算値と計測値とが整合するまで、フィードバックにより主蒸気流量の収束を行う。
【００５３】
この収束を行うことによって、主蒸気流量の誤差が消去され、高精度データとして前記（１）〜（３）式で採用するＧの値が決定できる。
【００５４】
このようにして、高，中圧タービン２，３とその付属機器に関連するヒートバランスが決定したら、次に低圧タービン４およびその付属機器のヒートバランス計算に移行する。
【００５５】
ここでは、まず低圧タービン内部効率のコンピュータシステム２２への仮入力を行う（ステップ１０８）。この低圧タービン内部効率の計測要素となる蒸気は湿り度が高く、それに基づく誤差により高精度が見込まれないことから、仮入力とするものである。
【００５６】
次いで、低圧タービン抽気流量を仮定してコンピュータシステム２２への入力を行う（ステップ１０９）。抽気蒸気も湿り度の影響を受けるためである。
【００５７】
但し、この抽気流量は、高精度が見込まれる低圧タービン４への入出熱量差、および低圧ヒータ１２の周りの入出熱量の計測値と整合すべき値であるので、低圧タービン内部ヒートバランス計算（ステップ１１０）、および低圧ヒータ周りのヒートバランス計算（１１１）を行うとともに、これらの要素に基づいて仮定抽気流量の整合性判断（ステップ１１２）を行うことにより、抽気流量をフィードバックにより前記同様に収束させることができる。
【００５８】
抽気流量が決定できれば、低圧タービン内部効率に基づいて第２発電機（Ｓｅｃ発電機）６の出力計算を行い（ステップ１１３）、この計算値を実際の第２発電機出力計測値と比較する（ステップ１１４）。この計測値も高精度が得られるものであることから、ステップ１１３の計算値とズレがある場合には、ステップ１０８で仮入力した低圧タービン内部効率に誤差があると判断される。そこで、ステップ１１４において第２発電機６の出力計算値と計測値とが整合するまで、フィードバックにより低圧タービン内部効率の収束を行う。
【００５９】
この収束によって低圧タービン内部効率の誤差が消去され、高精度データとして採用できるので、低圧タービン４とその付属機器に関するヒートバランスが決定できる。
【００６０】
一方、ボイラ効率については、ステップ１０７の高，中圧タービン側でのフローにおいて決定した主蒸気流量（Ｇ）を使用して、前記式（３）に基づく効率計算を行う（ステップ１１５）。このステップ１１５において求められるボイラ効率は、主蒸気流量の収束値を使用することで、高精度が見込まれる。
【００６１】
そして、各タービンおよびボイラ効率が求められた後は、これらを使用して、前記式（１）によりプラント全体の効率計算を行い（ステップ１１６）、これによりヒートバランス作成フローがエンドとなる。
【００６２】
本実施形態では、以上の方法で求めたヒートバランスを、設計段階のヒートバランスと比較して、その精度の実証を行った。
【００６３】
下記の表１に、その比較結果を示す。
【００６４】
【表１】
この表１に示すように、本実施形態による結果出力値であるタービン出力効率・給水流量・低圧タービン内部効率に関して、設計値と再現値が一致していることから、設計ベースのヒートバランスを再現できたといえる。したがって、当ヒートバランス作成プログラムの妥当性を検証できたと考えられる。
【００６６】
また、本実施形態の方法（以下、ヒートバランス解析法という）で求めた給水流量、ボイラ出力効率およびタービン出力効率について、従来行われる入出熱法および熱損失法により得られた結果との比較を行った。その結果を、定期点検（定検）の前後について、下記の表２，３に示す。
【００６７】
【表２】
【表３】
表２に示すように、従来手法によって計算された定検前のボイラ室効率は、入出熱法で求めた値と熱損失法で求めた値の間に、以下のように０．６％程開きがあった。
【００７０】
【外１】
なお、入出熱法は、燃料による入熱と蒸気による出熱からボイラ室効率を計算する方法であり、測定された給水流量を用いる必要がある。上記の入出熱法の値は常設の給水流量計（給水流量基準）の測定値を用いている。
【００７２】
また熱損失法は、燃焼排ガスによる熱損失の割合を計算し、１００％からその割合を差引いてボイラ室効率を計算する方法である。今回の性能試験では、さらに復水流量基準の給水流量計を特設したが、この測定値を基に入出熱法でボイラ室効率を算出すると、以下のようになる。
【００７３】
【外２】
入出熱法（特設計器）＝８４．６３％
このように、入出熱法、または熱損失法のどちらを採用するか、さらには、入出熱法でも常設計器のデータを用いるか、特設計器のデータを用いるかによって、効率劣化部位の特定がタービン側かボイラ側か大きく異なる。
【００７４】
これに対し、ヒートバランス解析結果から給水流量を決定した場合には、以下のようになった。
【００７５】
【外３】
この値は、上記の２つの給水流量計の測定値の丁度中間の値となった。さらに、この給水流量を基にボイラ室効率を入出熱法で計算すると、以下のように熱損失法の値とほぼ一致した。
【００７７】
【外４】
ボイラ効率＝８６．６３％
熱損失法は、ＡＳＥＭでも推奨しているように、誤差が比較的小さいとされている。
【００７８】
今回、ヒートバランス解析法の結果と、この熱損失法による計算結果に矛盾がなく、整合性がとれていることが確認できた。
【００７９】
この傾向は、表４に示すように定検後の解析でも同様であった。
【００８０】
次に、本実施形態では、予め求めた各機器の性能が熱効率に与える寄与度と前記決定されたヒートバランスとに基づいて、熱効率劣化要因機器を特定することを行った。即ち、各機器の影響係数を予め求めておき、得られた熱効率にその影響係数をそれぞれ乗じて各機器の寄与度を算出した。
【００８１】
図４は、定期検査前後の性能試験におけるプラント効率に対する各機器の寄与度を棒グラフで示したものである。
【００８２】
定検前については、各左側の幅広ハッチング部分、定検後については、各右側の幅狭ハッチング部分で示してある。
【００８３】
図４において、基準線（寄与度０％のライン）が設計ベースを表し、それより上側は熱効率上昇要因、下側は熱効率低下要因であることを示す。
【００８４】
定検前の解析結果によると、図４の各左側の幅広ハッチング部分に示したように、タービン側、特に高・中圧タービンが効率低下の原因機器であることが明らかになった。
【００８５】
このような定検前の解析を基に、定検において性能劣化部位の補修を行った結果、定検後においてはプラント効率が顕著に回復した。その効率回復分に対する各機器毎の内訳は、同様のヒートバランス解析により図４の各右側の幅狭ハッチング部分に示したように、基準線側に移行していることから明らかである。
【００８６】
以上のように、本実施形態によれば、今回、ヒートバランス解析による熱効率劣化診断手法を１００万ｋＷ出力の火力プラントに適用し、劣化要因機器を特定するとともに、補修工事による性能回復を実現させることができ、このことから本発明の有効性が実証された。
【００８７】
但し、本発明は以上の実施形態に限定されるものではなく、小規模の火力発電プラントあるいは大規模なコンバインドサイクルプラント等、各種形式、規模のプラントに広く適用できるものである。
【００８８】
【発明の効果】
以上で詳述したように、本発明によれば、計測精度の差を考慮して収束計算を行うとともに、ヒートバランス計算を導入することにより、熱効率診断のさらなる精度向上が図れるとともに、それが能率よく行え、かつ各機器個別の性能変化がプラント全体に与える影響を精度良く解析することができ、それにより点検・補修等による熱効率の回復が一層適切に行える等の効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すもので、火力発電プラントの熱効率診断の対象となる火力発電プラントの構成例を示す系統図。
【図２】前記実施形態による熱効率診断装置を示すシステム構成図。
【図３】前記実施形態による熱効率診断装置を使用して熱効率診断を行う方法のうち、プラント効率計算を行う手順を示すフローチャート。
【図４】前記実施形態による火力発電プラントの熱効率診断方法で得られた熱効率に基づいて、熱効率要因機器を特定する場合の寄与度を説明するためのグラフ。
【符号の説明】
１ ボイラ
２ 高圧タービン
３ 中圧タービン
４ 低圧タービン
５ 第１発電機（Ｐｒｉ発電機）
６ 第２発電機（Ｓｅｃ発電機）
７，８ 抽気系
９ 高圧給水加熱器（高圧ヒータ）
１０ 脱気器
１１ 抽気系
１２ 低圧給水加熱器（低圧ヒータ）
１４ 復水器
１５ａ ボイラ給水ポンプ
１５ｂ 低圧給水ポンプ
１５ｃ 復水ポンプ
２１，２１ａ，…，２１ｎ センサ
２２ コンピュータシステム
２３ Ａ−Ｄ変換器等の変換器
２４ ＣＰＵ
２５ メモリ
２６ システム本体
２７ 入力装置
２８ 出力装置
Claims (7)
- 火力発電プラントの各機器について熱入出力に関する計測を行い、得られた計測データの中で高精度と認められる発電機出力の高精度計測データに基づいて上記各機器についてのヒートバランス計算を行い、上記発電機出力の高精度計測データおよびヒートバランスを基準値として低精度と認められる計測データの収束計算を行うことによりプラント全体のヒートバランスを決定し、予め求めた前記各機器の性能が熱効率に与える寄与度と前記決定されたヒートバランスとに基づいて、熱効率劣化要因機器を特定することを特徴とする火力発電プラントの熱効率診断方法。
- 請求項１記載の火力発電プラントの熱効率診断方法において、収束計算すべき低精度計測データの対象を主蒸気流量とし、収束計算の基準値とすべき高精度計測データおよびヒートバランス値を、それぞれ発電機出力およびタービン内部ヒートバランス値、タービン抽気による給水加熱機器周りのヒートバランス値とすることを特徴とする火力発電プラントの熱効率診断方法。
- 診断対象プラントが高，中，低圧タービンを有するものである場合、請求項２記載の方法を高，中圧タービンおよびこれらにより駆動される第１発電機について適用することを特徴とする火力発電プラントの熱効率診断方法。
- 診断対象プラントが高，中，低圧タービンを有するものである場合、請求項２および３記載の方法に加え、収束計算すべき低精度計測データの対象を低圧タービン内部効率とし、収束計算の基準値とすべき高精度計測データおよびヒートバランス値を、それぞれ前記低圧タービンにより駆動される第２発電機出力および前記低圧タービンの内部ヒートバランス値、前記低圧タービン抽気による給水加熱機器周りのヒートバランス値とすることを特徴とする火力発電プラントの熱効率診断方法。
- 請求項１から３までのいずれかに記載の火力発電プラントの熱効率診断方法において、収束計算により求めた主蒸気流量を要素としてボイラ効率計算を行うことを特徴とする火力発電プラントの熱効率診断方法。
- 火力発電プラントの各機器について熱入出力に関する計測を行うセンサと、このセンサから出力された計測データを記憶するメモリと、前記計測データの中から予め高精度と認定された発電機出力の高精度計測データを抽出し、その抽出された発電機出力の高精度計測データに基づいて当該高精度計測データが得られる機器についてのヒートバランス計算を行うヒートバランス計算手段と、上記高精度計測データおよびヒートバランスを基準値として低精度と認められる計測データの収束計算を行う収束計算手段と、この収束計算手段で求められたデータ収束値および前記高精度と認められた発電機出力の高精度計測データを入力し、プラント全体のヒートバランスを決定するプラント効率計算手段とを備えたことを特徴とする火力発電プラントの熱効率診断装置。
- 請求項６記載の火力発電プラントの熱効率診断装置において、火力発電プラントの各機器について各機器の性能がプラント全体の熱効率に与える寄与度を計算する寄与度計算手段と、得られた寄与度と、プラント全体のヒートバランスとに基づいて、熱効率劣化要因機器を特定する劣化要因機器特定手段とを備えたことを特徴とする火力発電プラントの熱効率診断装置。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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