JP3660757B2 - コンバインドサイクル発電プラントの制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンバインドサイクル発電プラントの制御装置に係り、特に起動運転時、排熱回収ボイラからタービンバイパス系に供給していた蒸気を、蒸気タービンに移行させる際に発生する蒸気圧力変動を抑制するコンバインドサイクル発電プラントの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、コンバインドサイクル発電プラントは、ガスタービンプラントと蒸気タービンプラントを組み合わせ、従来の火力発電プラントの熱効率を大幅に改善したもので、その一例に図４で示す構成のものがある。
【０００３】
コンバインドサイクル発電プラント１は、回転軸２を共通にするガスタービンプラント３、蒸気タービンプラント４と、別置き排熱回収ボイラ５をそれぞれ備える。
【０００４】
ガスタービンプラント３は、空気圧縮機６、燃焼器７、燃料弁８、ガスタービン９を備え、空気圧縮機６で吸い込んだ大気を高圧化し、その高圧空気に燃料弁８からの燃料を加えて燃焼器７で燃焼ガスを生成し、その燃焼ガスをガスタービン９に案内して膨張仕事をさせ、その膨張仕事により得た回転動力により蒸気タービン１０、発電機１１を駆動する一方、膨張後の排ガス（排熱）を排熱回収ボイラ５に蒸気発生熱源として供給するようになっている。
【０００５】
排熱回収ボイラ５は、ガスタービン９から供給された排ガスにより蒸気を発生し、その蒸気を蒸気タービンプラントに供給するようになっている。
【０００６】
また、蒸気タービンプラント４は、圧力センサ１２、蒸気加減弁１３、蒸気タービン１０、復水器１４、タービンバイパス系１５を備え、排熱回収ボイラ５から供給される蒸気により蒸気タービン１０で膨張仕事をさせ、その膨張仕事で得た回転動力およびガスタービン９の回転動力とともに発電機１１を駆動する一方、膨張仕事後の排気蒸気を復水器１４に案内し、ここで凝縮させて復水にし、その復水を給水として排熱回収ボイラ５に還流させるようになっている。
【０００７】
また、蒸気タービンプラント４は、起動運転時、排熱回収ボイラ５から発生する蒸気が定格圧力、温度に達していないため、タービンバイパス系１５のタービンバイパス弁１６を弁開させておき、定格圧力・温度になるまでその蒸気を復水器１４に供給するようになっている。
【０００８】
また、燃料弁８、蒸気加減弁１３、タービンバイパス弁１６は、制御装置１８により弁開閉せしめられるようになっている。特に、起動運転時、排熱回収ボイラ５からタービンバイパス系１５に供給される蒸気は、圧力センサ１２によりその圧力が検出されており、検出した蒸気圧力信号を制御装置１８に入力し、ここで弁開閉演算が行われ、その弁開閉信号をタービンバイパス弁１６に与えて弁開閉させ、さらにタービンバイパス弁１６の弁リフト検出器１７により弁リフト信号が検出され、その弁リフト信号を制御装置１８にフィードバックし、そのフィードバック信号によりタービンバイパス弁１６の弁リフトを修正し、その流量をコントロールするよう図られている。
【０００９】
このように、制御装置１８は、タービンバイパス弁１６の弁リフトをコントロールしている間に、圧力センサ１２により排熱回収ボイラ５から発生する蒸気の圧力・温度が定格に至ることを検出すると、タービンバイパス弁１６を弁閉し、燃料弁８、蒸気加減弁１３を弁全開させるようにしている。
【００１０】
一方、制御装置１８の具体的回路は、図５に示すように、タービンバイパス弁用設定器１９とタービンバイパス弁用コントローラ２０を備えており、圧力センサ１２により検出した実蒸気圧力信号ｂとタービンバイパス用設定器１９の設定弁開信号ａをタービンバイパス弁用コントローラ２０で突き合わせ、その偏差をＰＩＤ演算し、そのＰＩＤ演算信号によりタービンバイパス弁１６を弁開閉させるようになっている。
【００１１】
また、制御装置１８は、排熱回収ボイラ５の蒸気圧力が所定値になったとき、タービンバイパス弁１６の弁開閉から蒸気加減弁１３の弁開閉に切り替える弁切り替え駆動部２１と、起動運転時における蒸気加減弁１３の弁開閉を行うローディング制御部２２と、定格運転時における蒸気加減弁１３の弁開閉を行う圧力制御部２３と、ローディング制御部２２のローディング信号ｃおよび圧力制御部２３の圧力信号ｄのいずれか一方に切り替えて蒸気加減弁１３に弁開閉信号ｅとして与える切り替え器２８を備える。
【００１２】
なお、ここでのローディング制御とは、排熱回収ボイラ５から発生した蒸気が蒸気タービン１０に供給可能な圧力に達成するまで、タービンバイパス系１５に流れている蒸気の圧力を一定に維持しつつ、タービンバイパス弁の弁開閉から蒸気加減弁１３の弁開閉に徐々に移行させる制御をいう。
【００１３】
弁切り替え駆動部２１は、第１比較器２４、第２比較器２５、メモリ２６、ＡＮＤゲート２７を備えており、第１比較器２４で、弁リフト検出器１７より検出したタービンバイパス弁１６の実リフト信号ｇを予め設定したタービンバイパス弁用微開信号ｉに突き合わせ、その実リフト信号ｇの方が低いときに第１比較器２４を通電させてＡＮＤゲート２７に入力させるようになっている。また、弁切り替え駆動部２１は、弁リフト検出器１７により検出したタービンバイパス弁１６の実リフト信号ｇと予め設定したタービンバイパス弁用規定信号ｈを第２比較器２５で突き合わせ、その実リフト信号ｇの方が高いときに第２比較器４５を通電させてメモリ２６に記憶させるようになっている。
【００１４】
メモリ２６は、記憶信号をＡＮＤゲート２７およびローディング制御部２２のそれぞれに入力する。
【００１５】
ローディング制御部２２は、設定器２９、スイッチ３０、積分器３１を備えており、弁切り替え駆動部２１の出力によりスイッチ３０がＯＮすると、設定器２９により予め設定した弁開閉変化率信号ｆを積分器３１に入力させて演算し、ローディング信号ｃとして切り替え器２８に通電するようになっている。
【００１６】
また、圧力制御部２３は、本発明に直接関係しないのでその具体的回路の説明を省略するが、定格運転時、蒸気を圧力制御する場合、圧力信号ｄとして切り替え器２８に通電するようになっている。
【００１７】
次に、コンバインドサイクル発電プラントの制御装置の起動運転時における作用を説明する。
【００１８】
ガスタービン９が起動し、燃料弁８から燃焼器７に燃料が供給され、その燃料が点火され、燃焼ガスが生成されると、燃焼器７は、その燃焼ガスをガスタービン９に案内し、膨張仕事をさせ、膨張仕事後の排ガスを蒸気発生熱源として排熱回収ボイラ５に供給する。
【００１９】
排熱回収ボイラ５は蒸気を徐々に発生させ、発生する蒸気量の増加に伴って蒸気圧力も徐々に高まる。
【００２０】
圧力センサ１２は、排熱回収ボイラ５から発生する蒸気の圧力を常時検出しており、その実蒸気圧力信号ｂをタービンバイパス弁用コントローラ２０に入力する。タービンバイパス弁用コントローラ２０は、実蒸気圧力信号ｂをタービンバイパス弁用設定器１９からの設定圧力信号ａに突き合わせ、その実蒸気圧力信号ｂの方が高くなると、その偏差を弁開閉信号としてＰＩＤ演算し、タービンバイパス弁１６を弁開させる。さらに、排熱回収ボイラ５から発生する蒸気が増加すると、その蒸気圧力も高まるので、蒸気圧力をほぼ一定に維持するため、タービンバイパス弁用コントローラ２０は、タービンバイパス弁１６を弁増開させる。
【００２１】
このように、タービンバイパス弁１６が弁増開する中で、弁リフト検出器１７はタービンバイパス弁１６の弁リフトを検出し、検出した実リフト信号ｇを第１比較器２４および第２比較器２５にそれぞれ入力する。
【００２２】
第１比較器２４は、実リフト信号ｇを、予め設定したタービンバイパス弁用微開信号ｉに突き合わせるが、この場合、実リフト信号ｇの方が高いので、その通電をカットする。
【００２３】
他方、第２比較器２５は実リフト信号を、予め設定したタービンバイパス弁用規定信号ｈに突き合わせ、実弁リフト信号ｇの方が高いので、そのまま通電させてメモリ２６で記憶し、ローディング制御部２３のスイッチ３０をＯＮする。
【００２４】
ローディング制御部２２は、スイッチ３０がＯＮすると、設定器２９の弁開閉変化率信号ｆを積分器３１に入力させて演算し、ローディング信号ｃとして切り替え器２８に入力する。この場合、切り替え器２８は、頭初から接点ａ側にＯＮしているので、ローディング信号ｃを弁開閉信号ｅとして使用し蒸気加減弁１３を弁開させる。
【００２５】
このように、蒸気加減弁１３が弁開し、排熱回収ボイラ５から蒸気タービン１０に流れる蒸気の流量が増すにつれ蒸気の圧力は低下する。蒸気の圧力が低下すると、タービンバイパス弁用コントローラ２０に入力する実蒸気圧力信号ｂの方がタービンバイパス弁用設定器１９の設定圧力信号ａよりも低くなるので、タービンバイパス弁用コントローラ２０は、その偏差をＰＩＤ演算し、その演算信号をタービンバイパス弁１６に与えて弁閉を開始する。このとき、弁リフト検出器１７で検出していた実リフト信号ｇは、第２比較器２５でタービンバイパス弁用規定信号ｈより低なっても、メモリ２６で記憶した頭初の実リフト信号ｇが残されているので、ローディング制御部２２のスイッチ３０はＯＮ状態に維持されている。このため蒸気加減弁１３は弁増開を続ける。
【００２６】
蒸気加減弁１３が弁増開を続ける中、タービンバイパス弁１６は弁閉を続ける。この間、タービンバイパス弁１６の弁リフトを検出していた弁リフト検出器１７の実リフト信号ｇが第１比較器２４のタービンバイパス弁用微開信号ｉよりも低下するので、その実リフト信号ｇが第１比較器２４を通電し、第２比較器２５を通電する実リフト信号ｇとともにＡＮＤゲート２７に入力される。ＡＮＤゲート２７は、２つの実リフト信号ｇが揃うと、切り替え器２８のスイッチを接点ａから接点ｂに移動させることによりローディング制御を終了させる。
【００２７】
ローディング制御が終了し、タービンバイパス弁１６を弁全閉させると、圧力制御部２３は、圧力制御信号ｄを切り替え器２８に入力し、弁開閉指令信号ｅとして蒸気加減弁１３に与え、以後、蒸気加減弁１３の圧力制御に移行させる。なお、蒸気加減弁１３の圧力制御のへの移行時、圧力制御部２３には、ローディング制御部２２のローディング信号ｃがトラッキングされているが、蒸気加減弁１３の制御部は本発明と直接的関係しないのでその説明を省略する。
【００２８】
このように、従来のコンバインドサイクル発電プラントの制御装置では、起動運転時、ローディング制御部の制御指令によりタービンバイパス弁の弁開閉制御から蒸気加減弁の弁開閉制御に移行させる一方、タービンバイパス弁の弁開閉制御の際、実蒸気圧力信号を設定圧力信号に追従させるようにし、排熱回収ボイラ５からタービンバイパス系１５に供給する蒸気の圧力をほぼ一定に維持することにより、排熱回収ボイラ５から発生する蒸気の安定化を図っていた。
【００２９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来のコンバインドサイクル発電プラントの制御装置では、図６に示すように、蒸気加減弁１３の弁開開始と同時にタービンバイパス弁１６の弁閉を開始し、また蒸気加減弁１３の弁全開の終了と同時にタービンバイパス弁１６の弁全閉を終了させ、排熱回収ボイラ５から発生する蒸気の実蒸気圧力を、予め定められた設定圧力に追従させるようにローディング制御を行っているが、実際には、実蒸気圧力が大きく低下し（圧力偏差）、設定圧力に追従できない現象があらわれている。
【００３０】
設定圧力に対し、実蒸気圧力の低下の原因は、タービンバイパス弁１６がＰＩＤ演算による弁開閉制御であるために、演算に若干の時間を要し、このためタービンバイパス弁１６の弁閉開始の動作が遅れるために発生すると考えられる。つまり、蒸気加減弁１３が弁開の動作を開始すると、蒸気圧力は低下するが、この時点ではまだ、タービンバイパス弁１６は弁閉の動作を開始していないと考えられるからである。
【００３１】
このように従来のローディング制御では、蒸気加減弁１３の弁開開始に対し、タービンバイパス弁１６の弁閉開始の動作が遅れていた。
【００３２】
タービンバイパス弁１６の弁閉開始の動作が遅れると、蒸気の圧力が低下したままローディング制御に入り、ますます蒸気の圧力低下になり、この蒸気の圧力低下により排熱回収ボイラ５の蒸気ドラムから発生する蒸気の流量が不安定になり、また、蒸気ドラムの水位が変動し、排熱回収ボイラ５は不安定な運転をしなければならない問題があった。
【００３３】
本発明は、このような技術的背景を踏まえてなされたもので、蒸気加減弁の弁開開始の動作に対し、タービンバイパス弁の弁閉開始の動作が遅れても、排熱回収ボイラから蒸気タービンに供給する蒸気の圧力の安定化を図ったコンバインドサイクル発電プラントの制御装置を提供することを目的とする。
【００３４】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの制御装置は、上記目的を達成するために、請求項１に記載したように、ガスタービンプラント、蒸気タービンプラント、排熱回収ボイラを組み合わせ、排熱回収ボイラの起動運転中、排熱回収ボイラから発生する蒸気をタービンバイパス系に流す間に、その蒸気圧力が一定値を越えたとき、タービンバイパス弁に弁閉信号を与えるとともに、蒸気加減弁に弁閉信号を与える制御部を備えたコンバインドサイクル発電プラントの制御装置において、上記制御部は、蒸気加減弁の弁開閉制御を行う第１スイッチおよび第２スイッチを備えたローディング制御部と、タービンバイパス弁が弁閉するとき、上記ローディング制御部の第１スイッチをＯＮさせる弁切り換え駆動部と、上記タービンバイパス弁が弁閉中、上記排熱回収ボイラから発生する蒸気の実蒸気圧力と設定蒸気圧力とを突き合わせて偏差を算出する偏差算出部と、その偏差算出部の出力が第１偏差設定圧力値よりも低いとき、上記ローディング制御部の第２スイッチをＯＮさせ、上記偏差算出部の出力が第２偏差設定圧力値よりも高いとき、上記ローディング制御部の第２スイッチをＯＦＦさせる演算部とを組み込んだタービンバイパス制御部と、上記ローディング制御部の第１スイッチおよび第２スイッチがともにＯＮしたときに蒸気加減弁を弁開させ、上記タービンバイパス制御部の演算部からの演算信号がカットされ、上記第２スイッチがＯＦＦしたときに蒸気加減弁の弁開度をホールドさせる切り替え器とを備えたものである。
【００３５】
本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの制御装置は、上記目的を達成するために、請求項２に記載したように、タービンバイパス制御部には偏差算出部が組み込まれており、この偏差算出部は、加減算器であるものである。
【００３６】
本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの制御装置は、上記目的を達成するために、請求項３に記載したように、加減算器は、圧力センサからの実蒸気圧力信号に、タービンバイパス弁閉設定器から予め定められた設定圧力信号を突き合わせ、偏差を算出したものである。
【００３７】
本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの制御装置は、上記目的を達成するために、請求項４に記載したように、タービンバイパス制御部には演算部が組み込まれており、この演算部は、第１偏差設定圧力値と第２偏差設定圧力値と異なる設定値を備えた比較器であるものである。
【００３８】
本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの制御装置は、上記目的を達成するために、請求項５に記載したように、タービンバイパス制御部は、排熱回収ボイラから発生する蒸気の実蒸気圧力の変化率を演算する微分器と、微分器の演算信号が第１偏差設定圧力値よりも低いとき、ローディング制御部の第２スイッチをＯＮさせ、上記微分器の演算信号が第２偏差設定圧力値より高いときカットし、上記ローディング制御部の第２スイッチをＯＦＦさせる比較器とを備えたものである。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの制御装置の一実施の形態を図面を参照して説明する。
【００４０】
図１は、本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの制御装置を概略的に示す制御ブロック図である。
【００４１】
本実施形態に係る制御装置３２は、タービンバイパス制御部３３、弁切り替え駆動部３４、ローディング制御部３５、圧力制御部３６から構成される。
【００４２】
タービンバイパス制御部３３は、タービンバイパス弁用設定器３７、タービンバイパス弁用コントローラ３８、加減算器３９、異なる偏差設定圧力値を持つ比較器４０を備えており、圧力センサ４１で検出した実蒸気圧力信号ｂを、加減算器３９でタービンバイパス弁用設定器３７の設定蒸気圧力信号ａと突き合わせ、その偏差ｊが比較器４０で第１偏差設定圧力値（１／２ε）より低いとき、比較器４０を通電し、ローディング制御部３５の第２スイッチ５０をＯＮさせるようになっている。また、その偏差ｊが比較器４０で第２偏差設定圧力値（ε）よりも高いとき、比較器４０の通電をカットし、ローディング制御部３５の第２スイッチ５０をＯＦＦさせるよう図られている。
【００４３】
また、実蒸気圧力信号ｂは、タービンバイパス弁用コントローラ３８でタービンバイパス弁用設定器３７の設定蒸気圧力信号ａと突き合せ、その偏差をＰＩＤ演算し、その演算信号を弁開閉信号としてタービンバイパス弁４２に与えてタービンバイパス弁４２を弁開閉させるようになっている。
【００４４】
また、弁切り替え駆動部３４は、第１比較器４４、第２比較器４５、メモリ４６、ＡＮＤゲート４７を備え、弁リフト検出器４３により検出したタービンバイパス弁４２の実リフト信号ｇを第１比較器４４、第２比較器４５のそれぞれに入力し、第１比較器４４で、その実リフト信号ｇを予め設定したタービンバイパス弁開微開信号ｉに突き合わせ、その実リフト信号ｇの方が高いときに第１比較器４４の通電をカットし、その実リフト信号ｇの方が低いときに第１比較器４４を通電させＡＮＤゲート４７に入力させるようになっている。また、弁切り替え駆動部３４は、実リフト信号ｇと予め設定したタービンバイパス弁用規定信号ｈを第２比較器４５で突き合わせ、その実リフト信号ｇの方が高いときに第２比較器４５を通電させてメモリ４６に記憶させるようになっている。また、メモリ４６は、記憶信号ｋをＡＮＤゲート４７およびローディング制御部３５のそれぞれに入力する。
【００４５】
一方、ローディング制御部３５は、設定器４８、第１スイッチ４９、第２スイッチ５０、積分器５１を備え、弁切り替え駆動部３４の出力およびタービンバイパス制御部３３の出力のそれぞれにより第１スイッチ４９および第２スイッチ５０がＯＮすると、設定器４８により予め設定した弁開閉変化率信号ｆを積分器５１に入力させて演算し、ローディング信号ｃとして切り替え器４８の接点ａに通電するようになっている。
【００４６】
また、圧力制御部３６は、排熱回収ボイラから蒸気タービンに供給する蒸気を圧力制御するとき、圧力信号ｄを出力し、その圧力信号ｄを切り替え器４８を経て弁開度指令信号ｅとして蒸気加減弁４９に与えるものであるが、ここでの圧力制御は本発明に直接的に関係しないので、その具体的回路の説明を省略する。
【００４７】
次に作用を説明する。
【００４８】
ガスタービンが起動し、この起動に伴ってガスタービンから排熱回収ボイラに排ガスが供給され、排熱回収ボイラから蒸気が発生し、その圧力が徐々に高まる。蒸気圧力は、圧力センサ４１により検出されており、その実蒸気圧力信号ｂは一方をタービンバイパス制御部３３の加減算器３９に、また他方をタービンバイパス弁用コントローラ３８にそれぞれ入力される。
【００４９】
タービンバイパス弁用コントローラ３８は、実蒸気圧力信号ｂを、タービンバイパス弁用設定器３７からの設定蒸気圧力信号ａに突き合わせ、実蒸気圧力信号ｂの方が高いとタービンバイパス弁４２を弁開させる。
【００５０】
タービンバイパス弁４２の弁増開中、弁リフト検出器４３は、タービンバイパス弁４２の弁リフトを検出し、その実リフト信号ｇを弁切り替え駆動部３４の第１比較器４４および第２比較器４５にそれぞれ入力させる。
【００５１】
第１比較器４４は、実リフト信号ｇを、予め設定したタービンバイパス弁用微開信号ｉに突き合わせるが、この時点では、実リフト信号ｇの方が高いので、その実リフト信号ｇの通過をカットする。
【００５２】
また、第２比較器４５は、実リフト信号ｇを予め設定したタービンバイパス弁用規定信号ｈに突きあわせるが、実リフト信号ｇの方が高いので、第２比較器４５を通電し、メモリ４６に記憶させるとともに、その出力信号ｋでローディング制御部３５の第１スイッチ４９をＯＮさせる。
【００５３】
他方、タービンバイパス制御部３３の加減算器３９は、圧力センサ４１により検出した実蒸気圧力信号ｂを、タービンバイパス弁用設定器３７からの設定蒸気圧力信号ａに突き合わせ、その偏差ｊが比較器４０の第１偏差設定圧力値（１／２ε）より低くなっているので、ローディング制御部３５の第２スイッチ５０をＯＮさせる。
【００５４】
このようにしてローディング制御部３５の第１スイッチ４９、第２スイッチ５０のそれぞれがＯＮすると、設定器４８から出力される開度変化率信号ｆは、第１スイッチ４９、第２スイッチ５０、積分器５１を経て演算され、ローディング信号ｃとして切り替え器４８の接点ａに通電し、通電後、弁開信号ｅとして蒸気加減弁５３に与えられる。
【００５５】
蒸気加減弁５３が弁開を開始すると、排熱回収ボイラから供給していた蒸気の圧力は低下し、圧力センサ４１の実蒸気圧力信号ｂの方がタービンバイパス弁用設定器３７の設定蒸気圧力信号よりも低くなるので、タービンバイパス弁４２の弁閉を開始しようとするが、タービンバイパス弁用コントローラ３８のＰＩＤ演算に若干の演算遅れが出るため、この時点ではタービンバイパス弁４２の弁閉が開始されていない。このため、実蒸気圧力は、図３で示す実線のように、設定蒸気圧力から大きく下まる。
【００５６】
実蒸気圧力が設定蒸気圧力から大きく下まると、タービンバイパス制御部３３の加減算器３９の偏差ｊは比較器４０の第２設定圧力値（ε）を越えるので、比較器４０の通電がカットされ、ローディング制御部３５の第２スイッチ５０をＯＦＦさせる。
【００５７】
ローディング制御部３５は、第２スイッチ５０がＯＦＦされるので、設定器４８の弁開閉変化率信号ｆを一時的に積分器５１への通電をカットする。このため、蒸気加減弁５３は、図３に示すように、その弁開度を一時的にホールドする。
【００５８】
蒸気加減弁５３がその弁開度をホールドしている間も、圧力センサ４１の実蒸気圧力の方がタービンバイパス弁用設定器３７の設定蒸気圧力よりも低いので、タービンバイパス弁用コントローラ３８はタービンバイパス弁４２の弁閉を続ける。
【００５９】
このようにして、タービンバイパス弁用コントローラ３８がタービンバイパス弁４２の弁閉を続けると、排熱回収ボイラから供給される蒸気の圧力が徐々に上昇を開始し、加減算器３９の偏差ｊも減少し、その偏差ｊが比較器４０の第１偏差設定圧力（１／２ε）により小さくなったとき、比較器４０を通電し、ローディング制御部３５の第２スイッチ５０を再びＯＮさせ、蒸気加減弁５３の弁開度を増開させる。
【００６０】
また、蒸気加減弁５３の弁増開中、排熱回収ボイラから供給していた蒸気の圧力は低下し、加減算器３９の偏差ｊが比較器４０の第２偏差設定圧力（ε）以上となれば、上述と同様に、蒸気加減弁５３の弁開度を一時的にホールドさせ、蒸気圧力の回復を待つ。
【００６１】
蒸気加減弁５３が、その弁開度を一時的にホールドさせ、蒸気圧力を回復させている間、タービンバイパス弁４２は弁閉を続ける。タービンバイパス弁４２が弁全閉に近づくと、弁リフト検出器４３は検出していた実弁リフト信号ｇが弁切り替え駆動部３４の比較器４４のタービンバイパス弁用微開信号ｉよりも下廻るので、その実リフト信号ｇを比較器４４を経てＡＮＤゲート４７に入力させ、上述メモリ４６の出力信号ｋが揃ったことを条件に切り替え器５３を切点ａから切点ｂに移行させ、ローディング制御を終了させ、蒸気加減弁５３の圧力制御を開始させる。
【００６２】
このように、本実施形態では、圧力センサ４１の実蒸気圧力信号とタービンバイパス弁用設定器３７の設定蒸気圧力信号ａとの偏差ｊを、加減算器３９で算出させ、その偏差ｊが比較器４０の第１偏差設定圧力（１／２ε）よりも低いとき、ローディング制御部３５の第２スイッチ５０をＯＮさせて蒸気加減弁５３を弁開させ、また、偏差ｊが比較器４０の第２偏差設定圧力（ε）よりも大きいとき、ローディング制御部３５の第２スイッチ５０をＯＦＦさせ、蒸気加減弁５３の弁開度を一時的にホールドさせるようにしたので、排熱回収ボイラから供給する蒸気の圧力をほぼ一定に維持することができる。
【００６３】
したがって、本実施形態では、排熱回収ボイラの蒸気ドラムから発生する蒸気の流量の安定化および蒸気ドラムの水位変動防止を図ったので、起動運動時における排熱回収ボイラの安定運転を行わせることができる。
【００６４】
図２は、本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの制御装置の第１実施例を概略的に示す制御ブロック図である。なお、第１実施形態と同一構成部分には、同一符号を付し、異なる構成部分ついて説明する。
【００６５】
本実施例は、タービンバイパス制御部３３に微分器５４と比較器５５を組み合わせ、圧力センサ４１で検出した実蒸気圧力信号ｂを、微分器５４でその変化率信号に演算させ、その演算信号ｌの絶対値が比較器５５で第１偏差設定圧力値（−ε）より低いとき、比較器５５を通電し、ローディング制御部３５の第２スイッチ５０をＯＮさせ、またその演算信号ｌの絶対値が比較器５５で第２偏差設定圧力値（＋ε）より高いとき、比較器５５の通電をカットし、ローディング制御部３５の第２スイッチ５０をＯＦＦさせたものである。
【００６６】
このように、本実施例は、実蒸気圧力信号ｂを、微分器５４でその変化率信号に演算させ、その演算信号ｌの絶対値が比較器５５の第１偏差設定圧力値（−ε）より低いとき、ローディング制御部３５の第２スイッチ５０をＯＮさせ、蒸気加減弁４９を弁開させ、蒸気加減弁４９の弁開により蒸気圧力が下ってくると、実蒸気圧力信号ｂも下り、微分器５４での演算信号ｌの絶対値が比較器５５の第２偏差設定圧力値（＋ε）よりも高くなると、ローディング制御部３５の第２スイッチ５０をＯＦＦさせ、蒸気加減弁４９の弁開度を一時的にホールドさせ、実蒸気圧力の高低に応じて、図３で示す蒸気加減弁４９の弁開度の挙動と同様に、蒸気加減弁４９を弁増開、ホールドを繰り返させているので、排熱回収ボイラから発生する蒸気の圧力をほぼ一定に維持させることができる。
【００６７】
したがって、本実施例も、第１実施形態と同様に、排熱回収ボイラの安定運転を行わせることができる。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの制御装置は、タービンバイパス制御部、弁切り替え駆動部、ローディング制御部、圧力制御部をそれぞれ備え、排熱回収ボイラの起動運転におけるタービンバイパス弁の弁閉中、弁切り替え駆動部によりローディング制御部の第１スイッチをＯＮさせるとともに、排熱回収ボイラから発生する実蒸気圧力がタービンバイパス制御の比較器の第１偏差設定圧力値より低いとき、ローディング制御部の第２スイッチをＯＮさせて蒸気加減弁を弁開させる一方、蒸気加減弁の弁増開中、排熱回収ボイラから発生する蒸気の実蒸気圧力の低下に伴いタービンバイパス弁の設定器の第２偏差設定圧力値より高まると、ローディング制御部の第２スイッチをＯＦＦさせて蒸気加減弁の弁開度をホールド状態に維持させる弁開制御を蒸気加減弁に行わせているので、排熱回収ボイラから発生する蒸気の蒸気圧力をほぼ一定に維持させることができる。
【００６９】
したがって、本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの制御装置では、排熱回収ボイラから発生する蒸気の蒸気圧力をほぼ一定に維持させることができるので、蒸気加減弁のローディング制御から圧力制御への移行を円滑に行わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの制御装置の第１実施形態を概略的に示す制御ブロック図。
【図２】本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの制御装置の第１実施例を概略的に示す制御ブロック図。
【図３】本発明に係る蒸気加減弁およびタービンバイパス弁の弁開閉の挙動と、排熱回収ボイラから発生する蒸気の蒸気圧力の降下、回復とを対応させたチャート図。
【図４】従来のコンバインドサイクル発電プラントの制御装置を概略的に示す制御系統図。
【図５】図４で示す制御装置を概略的に示す制御ブロック図。
【図６】従来の蒸気加減弁およびタービンバイパス弁の弁開閉の挙動と排熱回収ボイラから発生する蒸気の蒸気圧力の降下、回復とを対応させたチャート図。
【符号の説明】
１ コンバインドサイクル発電プラント
２ 回転軸
３ ガスタービンプラント
４ 蒸気タービンプラント
５ 排熱回収ボイラ
６ 空気圧縮機
７ 燃焼器
８ 燃料弁
９ ガスタービン
１０ 蒸気タービン
１１ 発電機
１２ 圧力センサ
１３ 蒸気加減弁
１４ 復水器
１５ タービンバイパス弁
１６ タービンバイパス弁
１７ 弁リスト検出器
１８ 制御装置
１９ タービンバイパス弁用設定器
２０ タービンバイパス弁用コントローラ
２１ 弁切り替え駆動部
２２ ローディング制御部
２３ 圧力制御部
２４ 第１比較器
２５ 第２比較器
２６ メモリ
２７ ＡＮＤゲート
２８ 切り替え器
２９ 設定器
３０ スイッチ
３１ 積分器
３２ 制御装置
３３ タービンバイパス制御部
３４ 弁切り替え駆動部
３５ ローディング制御部
３６ 圧力制御部
３７ タービンバイパス弁用設定器
３８ タービンバイパス弁用コントローラ
３９ 加減算器
４０ 比較器
４１ 圧力センサ
４２ タービンバイパス弁
４３ 弁リフト検出器
４４ 第１比較器
４５ 第２比較器
４６ メモリ
４７ ＡＮＤゲート
４８ 設定器
４９ 第１スイッチ
５０ 第２スイッチ
５１ 積分器
５２ 切り替え器
５３ 蒸気加減弁
５４ 微分器
５５ 比較器
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンバインドサイクル発電プラントの制御装置に係り、特に起動運転時、排熱回収ボイラからタービンバイパス系に供給していた蒸気を、蒸気タービンに移行させる際に発生する蒸気圧力変動を抑制するコンバインドサイクル発電プラントの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、コンバインドサイクル発電プラントは、ガスタービンプラントと蒸気タービンプラントを組み合わせ、従来の火力発電プラントの熱効率を大幅に改善したもので、その一例に図４で示す構成のものがある。
【０００３】
コンバインドサイクル発電プラント１は、回転軸２を共通にするガスタービンプラント３、蒸気タービンプラント４と、別置き排熱回収ボイラ５をそれぞれ備える。
【０００４】
ガスタービンプラント３は、空気圧縮機６、燃焼器７、燃料弁８、ガスタービン９を備え、空気圧縮機６で吸い込んだ大気を高圧化し、その高圧空気に燃料弁８からの燃料を加えて燃焼器７で燃焼ガスを生成し、その燃焼ガスをガスタービン９に案内して膨張仕事をさせ、その膨張仕事により得た回転動力により蒸気タービン１０、発電機１１を駆動する一方、膨張後の排ガス（排熱）を排熱回収ボイラ５に蒸気発生熱源として供給するようになっている。
【０００５】
排熱回収ボイラ５は、ガスタービン９から供給された排ガスにより蒸気を発生し、その蒸気を蒸気タービンプラントに供給するようになっている。
【０００６】
また、蒸気タービンプラント４は、圧力センサ１２、蒸気加減弁１３、蒸気タービン１０、復水器１４、タービンバイパス系１５を備え、排熱回収ボイラ５から供給される蒸気により蒸気タービン１０で膨張仕事をさせ、その膨張仕事で得た回転動力およびガスタービン９の回転動力とともに発電機１１を駆動する一方、膨張仕事後の排気蒸気を復水器１４に案内し、ここで凝縮させて復水にし、その復水を給水として排熱回収ボイラ５に還流させるようになっている。
【０００７】
また、蒸気タービンプラント４は、起動運転時、排熱回収ボイラ５から発生する蒸気が定格圧力、温度に達していないため、タービンバイパス系１５のタービンバイパス弁１６を弁開させておき、定格圧力・温度になるまでその蒸気を復水器１４に供給するようになっている。
【０００８】
また、燃料弁８、蒸気加減弁１３、タービンバイパス弁１６は、制御装置１８により弁開閉せしめられるようになっている。特に、起動運転時、排熱回収ボイラ５からタービンバイパス系１５に供給される蒸気は、圧力センサ１２によりその圧力が検出されており、検出した蒸気圧力信号を制御装置１８に入力し、ここで弁開閉演算が行われ、その弁開閉信号をタービンバイパス弁１６に与えて弁開閉させ、さらにタービンバイパス弁１６の弁リフト検出器１７により弁リフト信号が検出され、その弁リフト信号を制御装置１８にフィードバックし、そのフィードバック信号によりタービンバイパス弁１６の弁リフトを修正し、その流量をコントロールするよう図られている。
【０００９】
このように、制御装置１８は、タービンバイパス弁１６の弁リフトをコントロールしている間に、圧力センサ１２により排熱回収ボイラ５から発生する蒸気の圧力・温度が定格に至ることを検出すると、タービンバイパス弁１６を弁閉し、燃料弁８、蒸気加減弁１３を弁全開させるようにしている。
【００１０】
一方、制御装置１８の具体的回路は、図５に示すように、タービンバイパス弁用設定器１９とタービンバイパス弁用コントローラ２０を備えており、圧力センサ１２により検出した実蒸気圧力信号ｂとタービンバイパス用設定器１９の設定弁開信号ａをタービンバイパス弁用コントローラ２０で突き合わせ、その偏差をＰＩＤ演算し、そのＰＩＤ演算信号によりタービンバイパス弁１６を弁開閉させるようになっている。
【００１１】
また、制御装置１８は、排熱回収ボイラ５の蒸気圧力が所定値になったとき、タービンバイパス弁１６の弁開閉から蒸気加減弁１３の弁開閉に切り替える弁切り替え駆動部２１と、起動運転時における蒸気加減弁１３の弁開閉を行うローディング制御部２２と、定格運転時における蒸気加減弁１３の弁開閉を行う圧力制御部２３と、ローディング制御部２２のローディング信号ｃおよび圧力制御部２３の圧力信号ｄのいずれか一方に切り替えて蒸気加減弁１３に弁開閉信号ｅとして与える切り替え器２８を備える。
【００１２】
なお、ここでのローディング制御とは、排熱回収ボイラ５から発生した蒸気が蒸気タービン１０に供給可能な圧力に達成するまで、タービンバイパス系１５に流れている蒸気の圧力を一定に維持しつつ、タービンバイパス弁の弁開閉から蒸気加減弁１３の弁開閉に徐々に移行させる制御をいう。
【００１３】
弁切り替え駆動部２１は、第１比較器２４、第２比較器２５、メモリ２６、ＡＮＤゲート２７を備えており、第１比較器２４で、弁リフト検出器１７より検出したタービンバイパス弁１６の実リフト信号ｇを予め設定したタービンバイパス弁用微開信号ｉに突き合わせ、その実リフト信号ｇの方が低いときに第１比較器２４を通電させてＡＮＤゲート２７に入力させるようになっている。また、弁切り替え駆動部２１は、弁リフト検出器１７により検出したタービンバイパス弁１６の実リフト信号ｇと予め設定したタービンバイパス弁用規定信号ｈを第２比較器２５で突き合わせ、その実リフト信号ｇの方が高いときに第２比較器４５を通電させてメモリ２６に記憶させるようになっている。
【００１４】
メモリ２６は、記憶信号をＡＮＤゲート２７およびローディング制御部２２のそれぞれに入力する。
【００１５】
ローディング制御部２２は、設定器２９、スイッチ３０、積分器３１を備えており、弁切り替え駆動部２１の出力によりスイッチ３０がＯＮすると、設定器２９により予め設定した弁開閉変化率信号ｆを積分器３１に入力させて演算し、ローディング信号ｃとして切り替え器２８に通電するようになっている。
【００１６】
また、圧力制御部２３は、本発明に直接関係しないのでその具体的回路の説明を省略するが、定格運転時、蒸気を圧力制御する場合、圧力信号ｄとして切り替え器２８に通電するようになっている。
【００１７】
次に、コンバインドサイクル発電プラントの制御装置の起動運転時における作用を説明する。
【００１８】
ガスタービン９が起動し、燃料弁８から燃焼器７に燃料が供給され、その燃料が点火され、燃焼ガスが生成されると、燃焼器７は、その燃焼ガスをガスタービン９に案内し、膨張仕事をさせ、膨張仕事後の排ガスを蒸気発生熱源として排熱回収ボイラ５に供給する。
【００１９】
排熱回収ボイラ５は蒸気を徐々に発生させ、発生する蒸気量の増加に伴って蒸気圧力も徐々に高まる。
【００２０】
圧力センサ１２は、排熱回収ボイラ５から発生する蒸気の圧力を常時検出しており、その実蒸気圧力信号ｂをタービンバイパス弁用コントローラ２０に入力する。タービンバイパス弁用コントローラ２０は、実蒸気圧力信号ｂをタービンバイパス弁用設定器１９からの設定圧力信号ａに突き合わせ、その実蒸気圧力信号ｂの方が高くなると、その偏差を弁開閉信号としてＰＩＤ演算し、タービンバイパス弁１６を弁開させる。さらに、排熱回収ボイラ５から発生する蒸気が増加すると、その蒸気圧力も高まるので、蒸気圧力をほぼ一定に維持するため、タービンバイパス弁用コントローラ２０は、タービンバイパス弁１６を弁増開させる。
【００２１】
このように、タービンバイパス弁１６が弁増開する中で、弁リフト検出器１７はタービンバイパス弁１６の弁リフトを検出し、検出した実リフト信号ｇを第１比較器２４および第２比較器２５にそれぞれ入力する。
【００２２】
第１比較器２４は、実リフト信号ｇを、予め設定したタービンバイパス弁用微開信号ｉに突き合わせるが、この場合、実リフト信号ｇの方が高いので、その通電をカットする。
【００２３】
他方、第２比較器２５は実リフト信号を、予め設定したタービンバイパス弁用規定信号ｈに突き合わせ、実弁リフト信号ｇの方が高いので、そのまま通電させてメモリ２６で記憶し、ローディング制御部２３のスイッチ３０をＯＮする。
【００２４】
ローディング制御部２２は、スイッチ３０がＯＮすると、設定器２９の弁開閉変化率信号ｆを積分器３１に入力させて演算し、ローディング信号ｃとして切り替え器２８に入力する。この場合、切り替え器２８は、頭初から接点ａ側にＯＮしているので、ローディング信号ｃを弁開閉信号ｅとして使用し蒸気加減弁１３を弁開させる。
【００２５】
このように、蒸気加減弁１３が弁開し、排熱回収ボイラ５から蒸気タービン１０に流れる蒸気の流量が増すにつれ蒸気の圧力は低下する。蒸気の圧力が低下すると、タービンバイパス弁用コントローラ２０に入力する実蒸気圧力信号ｂの方がタービンバイパス弁用設定器１９の設定圧力信号ａよりも低くなるので、タービンバイパス弁用コントローラ２０は、その偏差をＰＩＤ演算し、その演算信号をタービンバイパス弁１６に与えて弁閉を開始する。このとき、弁リフト検出器１７で検出していた実リフト信号ｇは、第２比較器２５でタービンバイパス弁用規定信号ｈより低なっても、メモリ２６で記憶した頭初の実リフト信号ｇが残されているので、ローディング制御部２２のスイッチ３０はＯＮ状態に維持されている。このため蒸気加減弁１３は弁増開を続ける。
【００２６】
蒸気加減弁１３が弁増開を続ける中、タービンバイパス弁１６は弁閉を続ける。この間、タービンバイパス弁１６の弁リフトを検出していた弁リフト検出器１７の実リフト信号ｇが第１比較器２４のタービンバイパス弁用微開信号ｉよりも低下するので、その実リフト信号ｇが第１比較器２４を通電し、第２比較器２５を通電する実リフト信号ｇとともにＡＮＤゲート２７に入力される。ＡＮＤゲート２７は、２つの実リフト信号ｇが揃うと、切り替え器２８のスイッチを接点ａから接点ｂに移動させることによりローディング制御を終了させる。
【００２７】
ローディング制御が終了し、タービンバイパス弁１６を弁全閉させると、圧力制御部２３は、圧力制御信号ｄを切り替え器２８に入力し、弁開閉指令信号ｅとして蒸気加減弁１３に与え、以後、蒸気加減弁１３の圧力制御に移行させる。なお、蒸気加減弁１３の圧力制御のへの移行時、圧力制御部２３には、ローディング制御部２２のローディング信号ｃがトラッキングされているが、蒸気加減弁１３の制御部は本発明と直接的関係しないのでその説明を省略する。
【００２８】
このように、従来のコンバインドサイクル発電プラントの制御装置では、起動運転時、ローディング制御部の制御指令によりタービンバイパス弁の弁開閉制御から蒸気加減弁の弁開閉制御に移行させる一方、タービンバイパス弁の弁開閉制御の際、実蒸気圧力信号を設定圧力信号に追従させるようにし、排熱回収ボイラ５からタービンバイパス系１５に供給する蒸気の圧力をほぼ一定に維持することにより、排熱回収ボイラ５から発生する蒸気の安定化を図っていた。
【００２９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来のコンバインドサイクル発電プラントの制御装置では、図６に示すように、蒸気加減弁１３の弁開開始と同時にタービンバイパス弁１６の弁閉を開始し、また蒸気加減弁１３の弁全開の終了と同時にタービンバイパス弁１６の弁全閉を終了させ、排熱回収ボイラ５から発生する蒸気の実蒸気圧力を、予め定められた設定圧力に追従させるようにローディング制御を行っているが、実際には、実蒸気圧力が大きく低下し（圧力偏差）、設定圧力に追従できない現象があらわれている。
【００３０】
設定圧力に対し、実蒸気圧力の低下の原因は、タービンバイパス弁１６がＰＩＤ演算による弁開閉制御であるために、演算に若干の時間を要し、このためタービンバイパス弁１６の弁閉開始の動作が遅れるために発生すると考えられる。つまり、蒸気加減弁１３が弁開の動作を開始すると、蒸気圧力は低下するが、この時点ではまだ、タービンバイパス弁１６は弁閉の動作を開始していないと考えられるからである。
【００３１】
このように従来のローディング制御では、蒸気加減弁１３の弁開開始に対し、タービンバイパス弁１６の弁閉開始の動作が遅れていた。
【００３２】
タービンバイパス弁１６の弁閉開始の動作が遅れると、蒸気の圧力が低下したままローディング制御に入り、ますます蒸気の圧力低下になり、この蒸気の圧力低下により排熱回収ボイラ５の蒸気ドラムから発生する蒸気の流量が不安定になり、また、蒸気ドラムの水位が変動し、排熱回収ボイラ５は不安定な運転をしなければならない問題があった。
【００３３】
本発明は、このような技術的背景を踏まえてなされたもので、蒸気加減弁の弁開開始の動作に対し、タービンバイパス弁の弁閉開始の動作が遅れても、排熱回収ボイラから蒸気タービンに供給する蒸気の圧力の安定化を図ったコンバインドサイクル発電プラントの制御装置を提供することを目的とする。
【００３４】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの制御装置は、上記目的を達成するために、請求項１に記載したように、ガスタービンプラント、蒸気タービンプラント、排熱回収ボイラを組み合わせ、排熱回収ボイラの起動運転中、排熱回収ボイラから発生する蒸気をタービンバイパス系に流す間に、その蒸気圧力が一定値を越えたとき、タービンバイパス弁に弁閉信号を与えるとともに、蒸気加減弁に弁閉信号を与える制御部を備えたコンバインドサイクル発電プラントの制御装置において、上記制御部は、蒸気加減弁の弁開閉制御を行う第１スイッチおよび第２スイッチを備えたローディング制御部と、タービンバイパス弁が弁閉するとき、上記ローディング制御部の第１スイッチをＯＮさせる弁切り換え駆動部と、上記タービンバイパス弁が弁閉中、上記排熱回収ボイラから発生する蒸気の実蒸気圧力と設定蒸気圧力とを突き合わせて偏差を算出する偏差算出部と、その偏差算出部の出力が第１偏差設定圧力値よりも低いとき、上記ローディング制御部の第２スイッチをＯＮさせ、上記偏差算出部の出力が第２偏差設定圧力値よりも高いとき、上記ローディング制御部の第２スイッチをＯＦＦさせる演算部とを組み込んだタービンバイパス制御部と、上記ローディング制御部の第１スイッチおよび第２スイッチがともにＯＮしたときに蒸気加減弁を弁開させ、上記タービンバイパス制御部の演算部からの演算信号がカットされ、上記第２スイッチがＯＦＦしたときに蒸気加減弁の弁開度をホールドさせる切り替え器とを備えたものである。
【００３５】
本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの制御装置は、上記目的を達成するために、請求項２に記載したように、タービンバイパス制御部には偏差算出部が組み込まれており、この偏差算出部は、加減算器であるものである。
【００３６】
本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの制御装置は、上記目的を達成するために、請求項３に記載したように、加減算器は、圧力センサからの実蒸気圧力信号に、タービンバイパス弁閉設定器から予め定められた設定圧力信号を突き合わせ、偏差を算出したものである。
【００３７】
本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの制御装置は、上記目的を達成するために、請求項４に記載したように、タービンバイパス制御部には演算部が組み込まれており、この演算部は、第１偏差設定圧力値と第２偏差設定圧力値と異なる設定値を備えた比較器であるものである。
【００３８】
本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの制御装置は、上記目的を達成するために、請求項５に記載したように、タービンバイパス制御部は、排熱回収ボイラから発生する蒸気の実蒸気圧力の変化率を演算する微分器と、微分器の演算信号が第１偏差設定圧力値よりも低いとき、ローディング制御部の第２スイッチをＯＮさせ、上記微分器の演算信号が第２偏差設定圧力値より高いときカットし、上記ローディング制御部の第２スイッチをＯＦＦさせる比較器とを備えたものである。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの制御装置の一実施の形態を図面を参照して説明する。
【００４０】
図１は、本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの制御装置を概略的に示す制御ブロック図である。
【００４１】
本実施形態に係る制御装置３２は、タービンバイパス制御部３３、弁切り替え駆動部３４、ローディング制御部３５、圧力制御部３６から構成される。
【００４２】
タービンバイパス制御部３３は、タービンバイパス弁用設定器３７、タービンバイパス弁用コントローラ３８、加減算器３９、異なる偏差設定圧力値を持つ比較器４０を備えており、圧力センサ４１で検出した実蒸気圧力信号ｂを、加減算器３９でタービンバイパス弁用設定器３７の設定蒸気圧力信号ａと突き合わせ、その偏差ｊが比較器４０で第１偏差設定圧力値（１／２ε）より低いとき、比較器４０を通電し、ローディング制御部３５の第２スイッチ５０をＯＮさせるようになっている。また、その偏差ｊが比較器４０で第２偏差設定圧力値（ε）よりも高いとき、比較器４０の通電をカットし、ローディング制御部３５の第２スイッチ５０をＯＦＦさせるよう図られている。
【００４３】
また、実蒸気圧力信号ｂは、タービンバイパス弁用コントローラ３８でタービンバイパス弁用設定器３７の設定蒸気圧力信号ａと突き合せ、その偏差をＰＩＤ演算し、その演算信号を弁開閉信号としてタービンバイパス弁４２に与えてタービンバイパス弁４２を弁開閉させるようになっている。
【００４４】
また、弁切り替え駆動部３４は、第１比較器４４、第２比較器４５、メモリ４６、ＡＮＤゲート４７を備え、弁リフト検出器４３により検出したタービンバイパス弁４２の実リフト信号ｇを第１比較器４４、第２比較器４５のそれぞれに入力し、第１比較器４４で、その実リフト信号ｇを予め設定したタービンバイパス弁開微開信号ｉに突き合わせ、その実リフト信号ｇの方が高いときに第１比較器４４の通電をカットし、その実リフト信号ｇの方が低いときに第１比較器４４を通電させＡＮＤゲート４７に入力させるようになっている。また、弁切り替え駆動部３４は、実リフト信号ｇと予め設定したタービンバイパス弁用規定信号ｈを第２比較器４５で突き合わせ、その実リフト信号ｇの方が高いときに第２比較器４５を通電させてメモリ４６に記憶させるようになっている。また、メモリ４６は、記憶信号ｋをＡＮＤゲート４７およびローディング制御部３５のそれぞれに入力する。
【００４５】
一方、ローディング制御部３５は、設定器４８、第１スイッチ４９、第２スイッチ５０、積分器５１を備え、弁切り替え駆動部３４の出力およびタービンバイパス制御部３３の出力のそれぞれにより第１スイッチ４９および第２スイッチ５０がＯＮすると、設定器４８により予め設定した弁開閉変化率信号ｆを積分器５１に入力させて演算し、ローディング信号ｃとして切り替え器４８の接点ａに通電するようになっている。
【００４６】
また、圧力制御部３６は、排熱回収ボイラから蒸気タービンに供給する蒸気を圧力制御するとき、圧力信号ｄを出力し、その圧力信号ｄを切り替え器４８を経て弁開度指令信号ｅとして蒸気加減弁４９に与えるものであるが、ここでの圧力制御は本発明に直接的に関係しないので、その具体的回路の説明を省略する。
【００４７】
次に作用を説明する。
【００４８】
ガスタービンが起動し、この起動に伴ってガスタービンから排熱回収ボイラに排ガスが供給され、排熱回収ボイラから蒸気が発生し、その圧力が徐々に高まる。蒸気圧力は、圧力センサ４１により検出されており、その実蒸気圧力信号ｂは一方をタービンバイパス制御部３３の加減算器３９に、また他方をタービンバイパス弁用コントローラ３８にそれぞれ入力される。
【００４９】
タービンバイパス弁用コントローラ３８は、実蒸気圧力信号ｂを、タービンバイパス弁用設定器３７からの設定蒸気圧力信号ａに突き合わせ、実蒸気圧力信号ｂの方が高いとタービンバイパス弁４２を弁開させる。
【００５０】
タービンバイパス弁４２の弁増開中、弁リフト検出器４３は、タービンバイパス弁４２の弁リフトを検出し、その実リフト信号ｇを弁切り替え駆動部３４の第１比較器４４および第２比較器４５にそれぞれ入力させる。
【００５１】
第１比較器４４は、実リフト信号ｇを、予め設定したタービンバイパス弁用微開信号ｉに突き合わせるが、この時点では、実リフト信号ｇの方が高いので、その実リフト信号ｇの通過をカットする。
【００５２】
また、第２比較器４５は、実リフト信号ｇを予め設定したタービンバイパス弁用規定信号ｈに突きあわせるが、実リフト信号ｇの方が高いので、第２比較器４５を通電し、メモリ４６に記憶させるとともに、その出力信号ｋでローディング制御部３５の第１スイッチ４９をＯＮさせる。
【００５３】
他方、タービンバイパス制御部３３の加減算器３９は、圧力センサ４１により検出した実蒸気圧力信号ｂを、タービンバイパス弁用設定器３７からの設定蒸気圧力信号ａに突き合わせ、その偏差ｊが比較器４０の第１偏差設定圧力値（１／２ε）より低くなっているので、ローディング制御部３５の第２スイッチ５０をＯＮさせる。
【００５４】
このようにしてローディング制御部３５の第１スイッチ４９、第２スイッチ５０のそれぞれがＯＮすると、設定器４８から出力される開度変化率信号ｆは、第１スイッチ４９、第２スイッチ５０、積分器５１を経て演算され、ローディング信号ｃとして切り替え器４８の接点ａに通電し、通電後、弁開信号ｅとして蒸気加減弁５３に与えられる。
【００５５】
蒸気加減弁５３が弁開を開始すると、排熱回収ボイラから供給していた蒸気の圧力は低下し、圧力センサ４１の実蒸気圧力信号ｂの方がタービンバイパス弁用設定器３７の設定蒸気圧力信号よりも低くなるので、タービンバイパス弁４２の弁閉を開始しようとするが、タービンバイパス弁用コントローラ３８のＰＩＤ演算に若干の演算遅れが出るため、この時点ではタービンバイパス弁４２の弁閉が開始されていない。このため、実蒸気圧力は、図３で示す実線のように、設定蒸気圧力から大きく下まる。
【００５６】
実蒸気圧力が設定蒸気圧力から大きく下まると、タービンバイパス制御部３３の加減算器３９の偏差ｊは比較器４０の第２設定圧力値（ε）を越えるので、比較器４０の通電がカットされ、ローディング制御部３５の第２スイッチ５０をＯＦＦさせる。
【００５７】
ローディング制御部３５は、第２スイッチ５０がＯＦＦされるので、設定器４８の弁開閉変化率信号ｆを一時的に積分器５１への通電をカットする。このため、蒸気加減弁５３は、図３に示すように、その弁開度を一時的にホールドする。
【００５８】
蒸気加減弁５３がその弁開度をホールドしている間も、圧力センサ４１の実蒸気圧力の方がタービンバイパス弁用設定器３７の設定蒸気圧力よりも低いので、タービンバイパス弁用コントローラ３８はタービンバイパス弁４２の弁閉を続ける。
【００５９】
このようにして、タービンバイパス弁用コントローラ３８がタービンバイパス弁４２の弁閉を続けると、排熱回収ボイラから供給される蒸気の圧力が徐々に上昇を開始し、加減算器３９の偏差ｊも減少し、その偏差ｊが比較器４０の第１偏差設定圧力（１／２ε）により小さくなったとき、比較器４０を通電し、ローディング制御部３５の第２スイッチ５０を再びＯＮさせ、蒸気加減弁５３の弁開度を増開させる。
【００６０】
また、蒸気加減弁５３の弁増開中、排熱回収ボイラから供給していた蒸気の圧力は低下し、加減算器３９の偏差ｊが比較器４０の第２偏差設定圧力（ε）以上となれば、上述と同様に、蒸気加減弁５３の弁開度を一時的にホールドさせ、蒸気圧力の回復を待つ。
【００６１】
蒸気加減弁５３が、その弁開度を一時的にホールドさせ、蒸気圧力を回復させている間、タービンバイパス弁４２は弁閉を続ける。タービンバイパス弁４２が弁全閉に近づくと、弁リフト検出器４３は検出していた実弁リフト信号ｇが弁切り替え駆動部３４の比較器４４のタービンバイパス弁用微開信号ｉよりも下廻るので、その実リフト信号ｇを比較器４４を経てＡＮＤゲート４７に入力させ、上述メモリ４６の出力信号ｋが揃ったことを条件に切り替え器５３を切点ａから切点ｂに移行させ、ローディング制御を終了させ、蒸気加減弁５３の圧力制御を開始させる。
【００６２】
このように、本実施形態では、圧力センサ４１の実蒸気圧力信号とタービンバイパス弁用設定器３７の設定蒸気圧力信号ａとの偏差ｊを、加減算器３９で算出させ、その偏差ｊが比較器４０の第１偏差設定圧力（１／２ε）よりも低いとき、ローディング制御部３５の第２スイッチ５０をＯＮさせて蒸気加減弁５３を弁開させ、また、偏差ｊが比較器４０の第２偏差設定圧力（ε）よりも大きいとき、ローディング制御部３５の第２スイッチ５０をＯＦＦさせ、蒸気加減弁５３の弁開度を一時的にホールドさせるようにしたので、排熱回収ボイラから供給する蒸気の圧力をほぼ一定に維持することができる。
【００６３】
したがって、本実施形態では、排熱回収ボイラの蒸気ドラムから発生する蒸気の流量の安定化および蒸気ドラムの水位変動防止を図ったので、起動運動時における排熱回収ボイラの安定運転を行わせることができる。
【００６４】
図２は、本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの制御装置の第１実施例を概略的に示す制御ブロック図である。なお、第１実施形態と同一構成部分には、同一符号を付し、異なる構成部分ついて説明する。
【００６５】
本実施例は、タービンバイパス制御部３３に微分器５４と比較器５５を組み合わせ、圧力センサ４１で検出した実蒸気圧力信号ｂを、微分器５４でその変化率信号に演算させ、その演算信号ｌの絶対値が比較器５５で第１偏差設定圧力値（−ε）より低いとき、比較器５５を通電し、ローディング制御部３５の第２スイッチ５０をＯＮさせ、またその演算信号ｌの絶対値が比較器５５で第２偏差設定圧力値（＋ε）より高いとき、比較器５５の通電をカットし、ローディング制御部３５の第２スイッチ５０をＯＦＦさせたものである。
【００６６】
このように、本実施例は、実蒸気圧力信号ｂを、微分器５４でその変化率信号に演算させ、その演算信号ｌの絶対値が比較器５５の第１偏差設定圧力値（−ε）より低いとき、ローディング制御部３５の第２スイッチ５０をＯＮさせ、蒸気加減弁４９を弁開させ、蒸気加減弁４９の弁開により蒸気圧力が下ってくると、実蒸気圧力信号ｂも下り、微分器５４での演算信号ｌの絶対値が比較器５５の第２偏差設定圧力値（＋ε）よりも高くなると、ローディング制御部３５の第２スイッチ５０をＯＦＦさせ、蒸気加減弁４９の弁開度を一時的にホールドさせ、実蒸気圧力の高低に応じて、図３で示す蒸気加減弁４９の弁開度の挙動と同様に、蒸気加減弁４９を弁増開、ホールドを繰り返させているので、排熱回収ボイラから発生する蒸気の圧力をほぼ一定に維持させることができる。
【００６７】
したがって、本実施例も、第１実施形態と同様に、排熱回収ボイラの安定運転を行わせることができる。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの制御装置は、タービンバイパス制御部、弁切り替え駆動部、ローディング制御部、圧力制御部をそれぞれ備え、排熱回収ボイラの起動運転におけるタービンバイパス弁の弁閉中、弁切り替え駆動部によりローディング制御部の第１スイッチをＯＮさせるとともに、排熱回収ボイラから発生する実蒸気圧力がタービンバイパス制御の比較器の第１偏差設定圧力値より低いとき、ローディング制御部の第２スイッチをＯＮさせて蒸気加減弁を弁開させる一方、蒸気加減弁の弁増開中、排熱回収ボイラから発生する蒸気の実蒸気圧力の低下に伴いタービンバイパス弁の設定器の第２偏差設定圧力値より高まると、ローディング制御部の第２スイッチをＯＦＦさせて蒸気加減弁の弁開度をホールド状態に維持させる弁開制御を蒸気加減弁に行わせているので、排熱回収ボイラから発生する蒸気の蒸気圧力をほぼ一定に維持させることができる。
【００６９】
したがって、本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの制御装置では、排熱回収ボイラから発生する蒸気の蒸気圧力をほぼ一定に維持させることができるので、蒸気加減弁のローディング制御から圧力制御への移行を円滑に行わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの制御装置の第１実施形態を概略的に示す制御ブロック図。
【図２】本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの制御装置の第１実施例を概略的に示す制御ブロック図。
【図３】本発明に係る蒸気加減弁およびタービンバイパス弁の弁開閉の挙動と、排熱回収ボイラから発生する蒸気の蒸気圧力の降下、回復とを対応させたチャート図。
【図４】従来のコンバインドサイクル発電プラントの制御装置を概略的に示す制御系統図。
【図５】図４で示す制御装置を概略的に示す制御ブロック図。
【図６】従来の蒸気加減弁およびタービンバイパス弁の弁開閉の挙動と排熱回収ボイラから発生する蒸気の蒸気圧力の降下、回復とを対応させたチャート図。
【符号の説明】
１ コンバインドサイクル発電プラント
２ 回転軸
３ ガスタービンプラント
４ 蒸気タービンプラント
５ 排熱回収ボイラ
６ 空気圧縮機
７ 燃焼器
８ 燃料弁
９ ガスタービン
１０ 蒸気タービン
１１ 発電機
１２ 圧力センサ
１３ 蒸気加減弁
１４ 復水器
１５ タービンバイパス弁
１６ タービンバイパス弁
１７ 弁リスト検出器
１８ 制御装置
１９ タービンバイパス弁用設定器
２０ タービンバイパス弁用コントローラ
２１ 弁切り替え駆動部
２２ ローディング制御部
２３ 圧力制御部
２４ 第１比較器
２５ 第２比較器
２６ メモリ
２７ ＡＮＤゲート
２８ 切り替え器
２９ 設定器
３０ スイッチ
３１ 積分器
３２ 制御装置
３３ タービンバイパス制御部
３４ 弁切り替え駆動部
３５ ローディング制御部
３６ 圧力制御部
３７ タービンバイパス弁用設定器
３８ タービンバイパス弁用コントローラ
３９ 加減算器
４０ 比較器
４１ 圧力センサ
４２ タービンバイパス弁
４３ 弁リフト検出器
４４ 第１比較器
４５ 第２比較器
４６ メモリ
４７ ＡＮＤゲート
４８ 設定器
４９ 第１スイッチ
５０ 第２スイッチ
５１ 積分器
５２ 切り替え器
５３ 蒸気加減弁
５４ 微分器
５５ 比較器
Claims (5)
- ガスタービンプラント、蒸気タービンプラント、排熱回収ボイラを組み合わせ、排熱回収ボイラの起動運転中、排熱回収ボイラから発生する蒸気をタービンバイパス系に流す間に、その蒸気圧力が一定値を越えたとき、タービンバイパス弁に弁閉信号を与えるとともに、蒸気加減弁に弁閉信号を与える制御部を備えたコンバインドサイクル発電プラントの制御装置において、上記制御部は、蒸気加減弁の弁開閉制御を行う第１スイッチおよび第２スイッチを備えたローディング制御部と、タービンバイパス弁が弁閉するとき、上記ローディング制御部の第１スイッチをＯＮさせる弁切り換え駆動部と、上記タービンバイパス弁が弁閉中、上記排熱回収ボイラから発生する蒸気の実蒸気圧力と設定蒸気圧力とを突き合わせて偏差を算出する偏差算出部と、その偏差算出部の出力が第１偏差設定圧力値よりも低いとき、上記ローディング制御部の第２スイッチをＯＮさせ、上記偏差算出部の出力が第２偏差設定圧力値よりも高いとき、上記ローディング制御部の第２スイッチをＯＦＦさせる演算部とを組み込んだタービンバイパス制御部と、上記ローディング制御部の第１スイッチおよび第２スイッチがともにＯＮしたときに蒸気加減弁を弁開させ、上記タービンバイパス制御部の演算部からの演算信号がカットされ、上記第２スイッチがＯＦＦしたときに蒸気加減弁の弁開度をホールドさせる切り替え器と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制御装置。
- タービンバイパス制御部には偏差算出部が組み込まれており、この偏差算出部は、加減算器であることを特徴とする請求項１に記載のコンバインドサイクル発電プラントの制御装置。
- 加減算器は、圧力センサからの実蒸気圧力信号に、タービンバイパス弁閉設定器から予め定められた設定圧力信号を突き合わせ、偏差を算出したことを特徴とする請求項２に記載のコンバインドサイクル発電プラントの制御装置。
- タービンバイパス制御部には演算部が組み込まれており、この演算部は、第１偏差設定圧力値と第２偏差設定圧力値と異なる設定値を備えた比較器であることを特徴する請求項１に記載のコンバインドサイクル発電プラントの制御装置。
- タービンバイパス制御部は、排熱回収ボイラから発生する蒸気の実蒸気圧力の変化率を演算する微分器と、微分器の演算信号が第１偏差設定圧力値よりも低いとき、ローディング制御部の第２スイッチをＯＮさせ、上記微分器の演算信号が第２偏差設定圧力値より高いときカットし、上記ローディング制御部の第２スイッチをＯＦＦさせる比較器とを備えたことを特徴とする請求項１に記載のコンバインドサイクル発電プラントの制御装置。
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