JP3747253B2 - 火力発電プラントの保護方式 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、火力発電設備の保護方式に係り、特に、系外に蒸気を送気する系統を有した火力発電プラントの保護方式に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の火力発電所は、その大部分が大容量再熱式プラントであり、電気の発生を主体としたプラント構成であり、系外への送気は殆どない。しかしながら、発電と共に多量の蒸気を系外に送るプラントもあり、小容量の自家用火力発電設備に実績を有している。
系外に多量の蒸気を送気する従来例として、低温再熱系統から工場へ蒸気を送気する系統を有する再熱式火力発電設備のプラント構成の一例を図6に示す。図6において、ボイラ1で発生した主蒸気2は、高圧タービン3に流入し、仕事をした後、低温再熱蒸気4としてボイラ再熱器5を通り、昇温され、高温再熱蒸気6として、中低圧タービン7に流入し、仕事をした後、復水器8へ導入され、発電機9より電気が発生する。このような蒸気流れの中、工場へ蒸気を送気する系統10は、低温再熱系統4から取り出される。この工場送気系統10には、低温再熱蒸気4を工場で使用する圧力と温度にするための減圧・減温システム及び流量計を備えている。
工場送気系統10では、工場送気の圧力を検出器11により検出し、所定の圧力になるように工場送気圧調整弁12の開度を調整する圧力一定制御と、工場送気の温度を検出器13により検出し、減温装置18において所定の温度になるように給水14を蒸気の中に噴霧し、温度を下げる減温制御を行っている。また、工場送気量を流量計15により管理する。さらに、圧力、温度制御の異常によって工場送気圧力異常または温度異常に至った場合等には、圧力スイッチ16、温度スイッチ17により警報を発する措置が講じられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術における工場送気系統10の制御機能は、工場へ蒸気を送気することを主体とした機能であり、例えば送気の蒸気圧力が下がれば、工場送気圧調整弁12は所定の圧力にしようとして弁開度を増し、その結果、低温再熱系統4より過大な蒸気が工場送気系統10に送気されることになる。
ところで、低温再熱系統4より工場送気系統10に過大に蒸気が送気した場合、
1.蒸気タービンにとっては、高圧タービン3の出口圧力が低下するため、
1)高圧タービン最終段の段落差圧や段落負荷が大きくなり、強度上過負荷となる。
高圧タービン3と中低圧タービン7のスラストアンバランスが発生する。
この1)、2)項により、蒸気タービンに損傷が与えられることになる。
2.ボイラとっては、低温再熱系統4から過大な蒸気が送気されることにより、再熱器流入蒸気流量が減り、ボイラ再熱器5を通過する蒸気が減るため、ボイラ燃料の割に再熱器過少流量となり、ボイラ再熱器5を焼損することになる。
従来技術における工場送気系統10には、このような過大に工場蒸気が送気した場合、発電設備の機器側に対する保護、制限等の機能がなく、蒸気タービン、ボイラ再熱器の損傷を免れなかった。
本発明の課題は、過大な蒸気が系外に送気されることによって惹起する蒸気タービン及びボイラ再熱器の損傷を防止するに好適な火力発電プラントの保護方式を提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、系外の送気圧力一定制御手段に蒸気タービンの保護制御手段とボイラ再熱器の保護制御手段を付加し、系外送気運転中に過大送気により、高圧タービン出口圧力またはボイラ再熱器通過流量が許容値以下になった場合に、系外送気量を制限し、許容値以上になるように制御することによって、達成される。上記課題は、蒸気タービン負荷を基準とした高圧タービンの許容最低出口圧力及びボイラ負荷を基準としたボイラ再熱器の許容最低流量を設定し、系外送気運転中に送気過大によって高圧タービンの出口圧力が低下し、設定した許容値以下になったとき、または、ボイラ再熱器通過流量が減少し、設定した許容値以下になったとき、もしくは、これらの事象が同時に発生したときには、系外送気圧力一定制御から蒸気タービンの保護制御またはボイラ再熱器の保護制御に切替え、系外送気調整弁の開度を調節し、高圧タービンの出口圧力またはボイラ再熱器通過流量が設定した許容値以下とならないように制御することによって、達成される。
【0005】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
図1は、本発明の一実施形態を示す火力発電プラントの保護方式の構成図である。蒸気の流れ及び機器構成について、図6と同一である対象の説明を省略する。本実施形態と図6との基本的な相違点は、制御装置20において、工場送気圧力を一定にする圧力一定制御手段25と、送気過大による蒸気タービンの保護制御手段26と、ボイラ再熱器27の保護制御手段を追加した点にある。
図1において、圧力一定制御手段25は、圧力設定器25−1、比較器25−2、コントローラ25−3、弁開度の小さい値を選択する低位選択器25−4からなる。
蒸気タービンの保護制御手段26は、高圧タービン初段後圧力検出器23の検出圧力P1に基づいて高圧タービンの許容最低出口圧力P2’を設定する関数発生器FG126−1、高圧タービンの許容最低出口圧力P2’と高圧タービン出口圧力検出器24の検出圧力P2を比較する比較器26−2、圧力P2’と圧力P2の偏差に基づいて弁開度を出力する関数発生器FG326−3からなる。ここで、高圧タービン初段後圧力P1は、蒸気タービンの負荷に相当する。
ボイラ再熱器の保護制御手段27は、主蒸気流量検出器21の検出流量F1に基づいてボイラ再熱器の許容最低流量F2’設定する関数発生器FG227−1、ボイラ再熱器の許容最低流量F2’と再熱蒸気流量検出器22の検出流量F2を比較する比較器27−2、流量F2’と流量F2の偏差から弁開度を出力する関数発生器FG427−3、弁開度の小さい値を選択する低位選択器27−4からなる。ここで、ボイラ主蒸気流量F1は、ボイラの負荷に相当する。
また、制御装置20は、温度一定制御手段として、温度設定器28、比較器29、コントローラ30を有する。
【0006】
図2及び図3に、それぞれ高圧タービンの許容最低出口圧力P2’を設定する関数発生器FG126−1、ボイラ再熱器の許容最低流量F2’を設定する関数発生器FG227−1の関数を示す。また、図4及び図5に、それぞれ弁開度を出力する関数発生器FG326−3、関数発生器FG427−3の関数を示す。
【0007】
制御装置20の動作を説明する。
低温再熱系統4の蒸気は、工場送気圧調整弁12を介して工場送気系統10に送気され、減温装置18を経て工場に送られる。通常時においては、工場送気の圧力を検出器11により検出し、この検出圧力と設定器25−1の設定圧力の偏差を比較器25−2からコントローラ25−3に出力し、コントローラ25−3により低位選択器25−4を介して工場送気圧調整弁12を開度調整し、工場送気の圧力が設定の圧力になるように制御する。一方、高圧タービン初段後圧力P1を検出器23により検出し、関数発生器FG126−1に入力する。関数発生器FG126−1は、図2に示すように、圧力P1に基づく高圧タービンの許容最低出口圧力P2’を設定する。また、高圧タービン出口圧力P2を検出器24により検出し、圧力P2と圧力P2’の偏差を比較器26−2から関数発生器FG326−3に入力する。関数発生器FG326−3は、図4に示すように、圧力P2と圧力P2’の偏差に基づく弁開度を低位選択器27−4に出力する。通常時においては、この弁開度は図4から明らかなように大きい。低位選択器25−4において、この弁開度の大きさとコントローラ25−3の出力値を比べて、小さいコントローラ25−3の出力を選び、工場送気圧調整弁12の開度を調整制御する。この結果、通常時には、制御装置20は、圧力一定制御手段25による工場への送気制御を行う。
【0008】
ところで、工場送気に異常が発生し、即ち、過大な蒸気が低温再熱系統4より工場送気系統10に送気し、高圧タービン出口圧力P2が設定した許容最低出口圧力P2’より低くなると、圧力P2と圧力P2’の偏差が大きくなり、関数発生器FG326−3から出力される弁開度は図4から明らかなように小さくなり、低位選択器27−4に出力する。このとき、低位選択器25−4は、この弁開度の大きさとコントローラ25−3の出力値を比べて、小さい関数発生器FG326−3から出力される弁開度を選び、この結果、蒸気タービンの保護制御手段26に切替え、工場送気圧調整弁12の開度を絞り、工場への送気を抑制し、運転中の高圧タービン出口圧力P2が設定した許容最低出口圧力P2’以下とならないように制御する。これにより、過大な蒸気が系外に送気されることによって起る蒸気タービンの損傷を防止する。
【0009】
また、ボイラ1の主蒸気流量F1を検出器21により検出し、関数発生器FG227−1に入力する。関数発生器FG227−1は、図3に示すように、流量F1に基づくボイラ再熱器の許容最低流量F2’を設定する。また、再熱蒸気流量F2を検出器22により検出し、流量F2と流量F2’の偏差を比較器27−2から関数発生器FG427−3に入力する。関数発生器FG427−3は、図5に示すように、流量F2と流量F2’の偏差に基づく弁開度を低位選択器27−4に出力する。通常時においては、この弁開度は図5から明らかなように大きい。低位選択器25−4において、この弁開度の大きさとコントローラ25−3の出力値を比べて、小さいコントローラ25−3の出力を選び、工場送気圧調整弁12の開度を調整制御する。この結果、通常時には、制御装置20は、圧力一定制御手段25による工場への送気制御を行う。
【0010】
ところで、工場送気に異常が発生し、即ち、過大な蒸気が低温再熱系統4より工場送気系統10に送気し、ボイラ再熱蒸気流量F2がボイラ再熱器5の許容最低流量F2’より低くなると、流量F2と流量F2’の偏差が大きくなり、関数発生器FG427−3から出力される弁開度は、図5から明らかなように小さくなり、低位選択器27−4に出力する。このとき、低位選択器25−4は、この弁開度の大きさとコントローラ25−3の出力値を比べて、小さい関数発生器FG427−3から出力される弁開度を選び、この結果、ボイラ再熱器の保護制御手段27に切替え、工場送気圧調整弁12の開度を絞り、工場への送気を抑制し、運転中のボイラ再熱蒸気流量F2が設定した許容最低流量F2’以下とならないように制御する。これにより、過大な蒸気が系外に送気されることによって起るボイラ再熱器の焼損を防止する。
【0011】
次に、過大な工場送気によって異常が発生し、高圧タービン出口圧力P2とボイラ再熱蒸気流量F2がそれぞれ設定した許容最低出口圧力P2’と許容最低流量F2’より同時に低くなると、圧力P2と圧力P2’の偏差及び流量F2と流量F2’の偏差の大きさに応じて、それぞれ弁開度を低位選択器27−4に出力する。低位選択器27−4は、この両者の弁開度の大きさを比べ、小さい方の弁開度を選び、低位選択器25−4に出力する。この結果、工場送気圧調整弁12の開度は、損傷を起しやすい事象を優先して絞ることになる。これにより、蒸気タービンまたはボイラ再熱器の損傷を一層確実に防止する。
【0012】
ここで、高圧タービン出口圧力P2、ボイラ再熱蒸気流量F2がそれぞれ設定した許容最低出口圧力P2’、許容最低流量F2’より高くなれば、それぞれの保護手段26、27から圧力一定制御手段25に切替えられ、工場送気は圧力一定制御となる。
【0013】
温度一定制御手段は、工場送気の温度を検出器13により検出し、この検出温度と設定器28の設定温度の偏差を比較器29からコントローラ30に出力し、コントローラ30により減温装置18に供給する給水量14を調整し、工場送気の温度が設定の温度になるように減温制御する。
【0014】
本実施形態によれば、低温再熱系統から工場送気量が過大となり、高圧タービンの出口圧力が低下して保護が必要な時には、送気量を減らし、再熱蒸気流量を増やし、高圧タービン出口圧力を高くすることにより、蒸気タービンの損傷を防止することができ、また、ボイラ再熱器の通過流量が減少して保護が必要な時には、送気量を減らし、ボイラ再熱器通過量を増やし、ボイラ再熱器の焼損を防止ことができる。
【0015】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、系外送気運転中に過大な蒸気を送気したことにより、高圧タービン出口圧力の低下、または、ボイラ再熱器の通過流量の減少が発生して、蒸気タービン及びボイラ再熱器の保護が必要なときには、系外送気量を制限するので、蒸気タービン及びボイラ再熱器の損傷を防止することができる。
また、高圧タービン出口圧力の低下とボイラ再熱器の通過流量の減少が同時に発生したときには、損傷を起す可能性の大きい事象を優先して系外送気量を抑制するので、蒸気タービン及びボイラ再熱器の損傷を一層確実に防止することができる。
この結果、本発明によれば、発電設備の運転性、信頼性を著しく向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態を示す火力発電プラントの保護方式の構成図
【図2】高圧タービンの許容最低出口圧力を設定する関数
【図3】ボイラ再熱器の許容最低流量を設定する関数
【図4】弁開度を出力する関数
【図5】弁開度を出力する関数
【図6】従来の系外送気系統を備えたプラント構成図
【符号の説明】
10 工場送気系統 11 工場送気圧力検出器
12 工場送気圧調整弁 13 工場送気温度検出器
14 給水 15 工場送気流量計
16 工場送気圧力スイッチ 17 工場送気温度スイッチ
18 減温装置 20 制御装置
21 主蒸気流量検出器 22 再熱蒸気流量検出器
23 高圧タービン初段後圧力検出器
24 高圧タービン出口圧力検出器
25 工場送気圧力一定制御手段 25−2 比較器
25−3 コントローラ 25−4 低位選択器
26 蒸気タービン保護制御手段
26−1 高圧タービン出口許容最低圧力関数発生器
26−2 比較器 26−3 弁開度関数発生器
27 ボイラ再熱器保護制御手段
27−1 ボイラ再熱器許容最低流量関数発生器
27−2 比較器 27−3 弁開度関数発生器
27−4 低位選択器
Claims (7)
- ボイラ、蒸気タービン、発電機からなる再熱式火力発電設備と、該設備の低温再熱系統から系外へ蒸気を送気する系外送気系統と、該系外送気系統の送気圧力及び温度を一定制御する手段を有する制御装置を具備する火力発電プラントであって、前記系外送気系統の送気圧力一定制御手段に蒸気タービンの保護制御手段とボイラ再熱器の保護制御手段を付加し、前記系外送気系統からの送気過大による異常時に系外送気量を制限することを特徴とする火力発電プラントの保護方式。
- ボイラ、蒸気タービン、発電機からなる再熱式火力発電設備と、該設備の低温再熱系統から系外へ蒸気を送気する系外送気系統と、該系外送気系統に設けた系外送気調整弁と、前記系外送気系統の送気圧力及び温度を一定制御する手段を有する制御装置を具備する火力発電プラントであって、通常時には、前記系外送気系統の送気圧力一定制御手段によって前記系外送気調整弁を制御し、送気過大による異常時には、蒸気タービンの保護制御手段またはボイラ再熱器の保護制御手段によって前記系外送気調整弁を絞ることを特徴とする火力発電プラントの保護方式。
- 請求項1または請求項2において、蒸気タービンの保護制御手段は、蒸気タービン負荷を基準とした蒸気タービン出口圧力の許容最低圧力を設定する手段と、前記蒸気タービン出口圧力が前記許容最低圧力となった場合には、これらの圧力差に基づく系外送気調整弁の弁開度を出力する手段を有することを特徴とする火力発電プラントの保護方式。
- 請求項1、請求項2または請求項3において、系外の送気圧力一定制御手段の系外送気調整弁の弁開度出力と蒸気タービンの保護制御手段の系外送気調整弁の弁開度出力を比べ、低い弁開度出力を選択する手段を有することを特徴とする火力発電プラントの保護方式。
- 請求項1または請求項2において、ボイラ再熱器の保護制御手段は、ボイラ負荷を基準としたボイラ再熱器への低温再熱蒸気の許容最低流量を設定する手段と、ボイラ再熱蒸気流量が前記許容最低流量となった場合には、これらの流量に基づく系外送気調整弁の弁開度を出力する手段を有することを特徴とする火力発電プラントの保護方式。
- 請求項1、請求項2または請求項5において、系外の送気圧力一定制御手段の系外送気調整弁の弁開度出力とボイラ再熱器の保護制御手段の系外送気調整弁の弁開度出力を比べ、低い系外送気調整弁の弁開度出力を選択する手段を有することを特徴とする火力発電プラントの保護方式。
- 請求項1、請求項2、請求項3または請求項5において、蒸気タービンの保護制御手段の系外送気調整弁の弁開度出力とボイラ再熱器の保護制御手段の系外送気系統の弁開度出力を比べ、低い弁開度出力を選択する手段を有することを特徴とする火力発電プラントの保護方式。
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