JP4901782B2 - 発電複合プラント及びプラント制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、制御切替部を有する発電複合プラントに係り、例えば、安定性・制御応答性の高い造水プラントを備える発電複合プラントに関する。

近年、水不足の地域などにおいて、発電設備の排出蒸気を利用して生産水を生成する造水プラントを備える発電複合プラントが利用されている。

このような発電複合プラントは、少なくとも電気と水のどちらか一方が必要とされる場合に利用されるものである。具体的には、部分負荷運転の発電効率を向上させ、年間トータルの燃料消費量を低減できる発電複合プラント等が提案されている（例えば特許文献１参照）。

発電複合プラントは、一般的には図１２に示す構成を具備している。この発電複合プラント１００Ｐは、蒸気消費設備１１０Ｐ・蒸気発生設備１２０Ｐ・高圧蒸気ヘッダ１３０Ｐ・蒸気タービン発電設備１４０Ｐ・低圧蒸気ヘッダ１５０Ｐ・蒸気バイパス設備１６０Ｐ・蒸気発生設備制御部１７０Ｐ・加減弁制御部１８０Ｐ・蒸気バイパス設備制御部２００Ｐを備えている。

蒸気消費設備１１０Ｐとは例えば造水設備のことであり、発電設備の排出蒸気などの蒸気を利用して生産水を生成するものである。また、蒸気消費設備１１０Ｐとあわせて、余剰蒸気を復水に戻す復水設備１１１Ｐを設置してもよい。

蒸気発生設備１２０Ｐは、蒸気タービン発電設備１４０Ｐや蒸気消費設備１１０Ｐにて使用される蒸気を発生するものであり、例えばガスタービンの排ガスを熱源として蒸気を発生させる排熱回収ボイラなどが該当し、特に通常の排熱回収ボイラにダクトバーナを負荷した助燃装置付きの排熱回収ボイラとすることも可能である。

高圧蒸気ヘッダ１３０Ｐには、蒸気発生設備１２０Ｐにより発生される蒸気が導入される。

蒸気タービン発電設備１４０Ｐは、高圧蒸気ヘッダ１３０Ｐから供給される蒸気を使用して発電するものである。蒸気タービン発電設備１４０Ｐは、流入蒸気量を調節する加減弁１４１Ｐを具備している。

低圧蒸気ヘッダ１５０Ｐには、蒸気タービン発電設備１４０Ｐから流出する蒸気が導入される。蒸気消費設備１１０Ｐは、この低圧蒸気ヘッダ１５０Ｐから供給される蒸気を使用するように構成されている。なお、蒸気消費設備１１０Ｐの要求蒸気量が少ない場合、低圧蒸気ヘッダ１５０Ｐ内の余剰蒸気は復水設備１１１Ｐに供給され、冷却されて復水となる。

蒸気バイパス設備１６０Ｐは、高圧蒸気ヘッダ１３０Ｐと低圧蒸気ヘッダ１５０Ｐとの間を、蒸気タービン発電設備１４０Ｐをバイパスするように連結しており、高圧蒸気ヘッダ１３０Ｐ内の蒸気の蒸気量及び蒸気圧を調整して低圧蒸気ヘッダ１５０Ｐへ供給するものである。蒸気バイパス設備１６０Ｐは、通過蒸気量を調節するバイパス弁１６１Ｐ及びバイパススプレー弁１６２Ｐを具備している。なお、この蒸気バイパス設備１６０Ｐは、蒸気タービン発電設備１４０Ｐを稼動させずに蒸気消費設備１１０Ｐを稼動させる場合等に使用される。

蒸気発生設備制御部１７０Ｐは、高圧蒸気ヘッダ１３０Ｐの蒸気圧に基づいて、蒸気発生設備１２０Ｐを制御するものである。

加減弁制御部１８０Ｐは、低圧制御部１８１Ｐ・高圧制御部１８２Ｐ・切替判定部１８３Ｐ・制御切替部１８４Ｐを具備しており、蒸気タービン発電設備１４０Ｐの加減弁１４１Ｐを開閉動作することにより、蒸気タービン発電設備１４０Ｐに供給される蒸気量を制御する。

低圧制御部１８１Ｐは、高圧蒸気ヘッダ１３０Ｐから蒸気タービン発電設備１４０Ｐに供給される蒸気、すなわち蒸気タービン発電設備１４０Ｐの加減弁１４１Ｐの開度を、低圧蒸気ヘッダ１５０Ｐの蒸気圧に基づいて制御するものである。高圧制御部１８２Ｐは、高圧蒸気ヘッダ１３０Ｐから蒸気タービン発電設備１４０Ｐに供給される蒸気を、高圧蒸気ヘッダ１３０Ｐの蒸気圧に基づいて制御する。蒸気タービン発電設備１４０Ｐに供給される蒸気、すなわち蒸気タービン発電設備１４０Ｐの加減弁１４１Ｐの開度は、これらの低圧制御部１８１Ｐと高圧制御部１８２Ｐのうちのいずれかが選択されて制御されるが、通常は低圧制御部１８１Ｐにより制御されている。

切替判定部１８３Ｐは、蒸気消費設備１１０Ｐの要求する蒸気量が蒸気発生設備１２０Ｐの最大発生蒸気量を超えたことを、高圧蒸気ヘッダ１３０Ｐの蒸気圧から判定するものである。すなわち、切り替え判定部１８３Ｐは、高圧蒸気ヘッダ１３０Ｐの蒸気圧が予め定めた閾値よりも低くなったとき、蒸気消費設備１１０Ｐの要求する蒸気量が蒸気発生設備１２０Ｐの最大発生蒸気量を超えたと判定する。

制御切替部１８４Ｐは、切替判定部１８３Ｐにより高圧蒸気ヘッダ１５０Ｐの蒸気圧が閾値よりも低くなったと判定された場合、蒸気タービン発電設備１４０Ｐの加減弁１４１Ｐの開度の制御を、それまでの低圧制御部１８１Ｐによる制御から高圧制御部１８２Ｐによる制御に切り替えるものである。

蒸気バイパス設備制御部２００Ｐは、バイパス弁１６１Ｐやバイパススプレー弁１６２Ｐの開閉動作により、蒸気バイパス設備１６０Ｐを通過する蒸気量を制御するものである。ここで、蒸気バイパス設備制御部２００Ｐには、減温設備１６３Ｐが備えられており、バイパススプレー弁１６２Ｐが開動作することにより減温設備１６３Ｐにスプレー水が供給され、これによって蒸気温度が制御されるように構成されている。

ここで、上記構成を具備する発電複合プラント１００Ｐは、通常は、低圧制御部１８１Ｐにより制御される。なぜならば、高圧制御部１８２Ｐによる制御では、蒸気タービン発電設備１４０Ｐや蒸気パイパス設備１６０Ｐへの流入蒸気量が大きくなり、発電複合プラント全体の制御が不安定となるからである。一方、高圧制御部１８２Ｐを備えず、低圧制御部１８１Ｐの制御だけとするわけにもいかない。蒸気消費設備１１０Ｐの要求する蒸気量が増加した場合に、高圧蒸気ヘッダ１３０Ｐの蒸気圧が加速度的に下がることがあり、発電複合プラント全体の効率が維持できなくなることがあるからである。

そこで、上述の発電複合プラント１００Ｐでは、制御切替部１８４Ｐを具備し、低圧制御部１８１Ｐの制御と高圧制御部１８２Ｐの制御とを適宜切り替えている。
特開２００６−２６６２５８号公報

しかしながら、低圧制御部による制御と高圧制御部による制御との切り替えが生じると、蒸気タービン発電設備１４０Ｐや蒸気バイパス設備１６０Ｐが必要以上に動作してしまい、安定性や制御応答性が悪くなる場合がある。また、制御切替を実施するための制御ロジックが複雑になるという問題も生じる。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、制御切替部を有する発電複合プラントにおいて、安定性・制御応答性の高い発電複合プラントを提供することを目的とする。

本発明は上記課題を解決するために、蒸気発生設備と、蒸気発生設備で発生される蒸気が導入される高圧蒸気ヘッダと、高圧蒸気ヘッダから供給される蒸気を使用して発電する蒸気発電設備と、蒸気発電設備から流出する蒸気が導入される低圧蒸気ヘッダと、高圧蒸気ヘッダと低圧蒸気ヘッダとを蒸気発電設備をバイパスするように連結しバイパス蒸気量制御指令値に基づいて該高圧蒸気ヘッダ内の蒸気の蒸気量及び蒸気圧を調整して該低圧蒸気ヘッダへ供給する蒸気バイパス設備と、低圧蒸気ヘッダから供給される蒸気を使用する蒸気消費設備と、高圧蒸気ヘッダの蒸気圧が予め定めた閾値より高い場合に蒸気発電設備に供給される蒸気量を低圧蒸気ヘッダの蒸気圧に基づいて制御する低圧制御手段と、高圧蒸気ヘッダの蒸気圧が予め定めた閾値より低い場合に蒸気発電設備に供給される蒸気量を高圧蒸気ヘッダの蒸気圧に基づいて制御する高圧制御手段と、高圧蒸気ヘッダの蒸気圧と閾値とを比較して低圧制御手段による制御と高圧制御手段による制御とを切り替える制御切替手段と、蒸気消費設備の要求蒸気量が蒸気発生設備により発生される発生蒸気量の上限値に達したことを判定する判定手段と、判定手段により前記要求蒸気量が上限値に達したと判定された場合蒸気バイパス設備の前記バイパス蒸気量制御指令値にバイアス値を加えて新たなバイパス蒸気量制御指令値を生成し該新たなバイパス蒸気量制御指令値に基づいて該蒸気バイパス設備を通過する蒸気の蒸気量及び蒸気圧を制御する蒸気バイパス設備制御手段とを備えたことを特徴とする発電複合プラントを提供する。

本発明によれば、制御切替部を有する発電複合プラントにおいて、安定性・制御応答性の高い発電複合プラントを提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。なお、以下の本発明の実施の形態においては、造水プラントを備える発電複合プラント、すなわち発電造水プラントを例にとって説明を行なうが、本発明の各実施の形態は、造水プラント以外にも、例えばプロセス蒸気などとして蒸気を使用するプラントと発電プラントを組み合わせた複合プラントに適用することが可能である。

＜第１の実施形態＞
（発電造水複合プラント１００の構成）
図１は本発明の第１の実施形態に係る発電造水複合プラント１００の構成を示す模式図である。また、図２は発電造水複合プラント１００の各制御部１７０〜２００の構成を示す模式図である。なお、既に説明した部分と同一部分には略同一符号を付し、重複した説明を省略することがある。同様に、以下の各実施形態においても重複した説明を省略することがある。

発電造水複合プラント１００は、蒸気消費設備１１０・蒸気発生設備１２０・高圧蒸気ヘッダ１３０・蒸気タービン発電設備１４０・低圧蒸気ヘッダ１５０・蒸気バイパス設備１６０・蒸気発生設備制御部１７０・加減弁制御部１８０・統括制御部１９０・蒸気バイパス設備制御部２００を備える。

なお、発電造水複合プラント１００において、高圧蒸気ヘッダ１３０の圧力は圧力検出装置２１０により検出され、低圧蒸気ヘッダ１５０の圧力は圧力検出装置２１１により検出される。

蒸気消費設備１１０は例えば造水設備がその一例であり、蒸気タービン発電設備１４０等の排出蒸気が供給される低圧蒸気ヘッダ１５０からの蒸気を利用して生産水を生成する。具体的には、造水設備では、低圧蒸気ヘッダ１５０の蒸気を熱交換器に導入し、海水系統から供給された海水を蒸発させることにより生産水を得る。熱交換に使用した蒸気は復水となる。この蒸気消費設備１１０により消費される蒸気量の情報は「要求蒸気量」として蒸気発生設備１２０に送出される。

なお、蒸気消費設備１１０とあわせて、復水設備１１１を設置してもよい。復水設備１１１では、蒸気消費設備１１０で消費される蒸気よりも低圧蒸気ヘッダ１５０に流入する蒸気が多い場合、この余剰蒸気を復水に戻すものである。蒸気消費設備１１０や復水設備１１１からの復水は、蒸気発生設備１２０などで再利用される。

蒸気発生設備１２０は、蒸気消費設備１１０により要求される要求蒸気量の蒸気を発生するものであり、例えば図３に示すガスタービン発電設備１２０１の排熱回収ボイラ１２０６や図４に示すボイラ設備１２５１などがその一例として挙げられる。

図３に示したガスタービン発電設備１２０１では、以下のように発電するときに蒸気を発生する。すなわち、図３のガスタービン発電設備１２０１では、ガスタービン１２０２の燃焼器１２０３に燃料調節弁１２０４を介して燃料が投入されると、燃焼ガスによりガスタービン１２０２が駆動する。これにより、ガスタービン１２０２と同一軸上に接続されたガスタービン発電機１２０５が駆動して電力が得られる。ガスタービン負荷は、燃料調節弁１２０４の操作により制御される。一方、ガスタービン１２０２から排出される高温の排ガスは、排熱回収ボイラ１２０６に導入される。排熱回収ボイラ１２０６では、蒸気消費設備１１０や復水設備１１１からの復水が再利用されて、脱気器１２０７に供給される。脱気器１２０７では腹水が脱気される。脱気に際し、ガスタービン１２０２の排ガスを熱源として蒸発器１２０８にて発生させられた蒸気が利用される。脱気された水は給水ポンプ１２０９で昇圧される。昇圧された給水は、節炭器１２１０でガスタービン１２０２の排気により昇温される。昇温された給水は、蒸気ドラム１２１１に供給される。蒸気ドラム１２１１へ供給された水は、蒸発器１２１２でガスタービン１２０２の排ガスにより蒸発して、蒸気となる。蒸気ドラム１２１１からの蒸気は、過熱器１２１３でガスタービン１２０２の排ガスにより過熱される。そして、高圧・高温となった蒸気が、高圧蒸気ヘッダ１３０に供給される。また、要求される蒸気量がガスタービン１２０２からの燃焼ガスにより生成される蒸気量よりも多い場合には、蒸気量を補うため、助燃装置であるダクトバーナ１２１４が使用される。なお、ダクトバーナ１２１４の発生蒸気量は、燃料調節弁１２１５の開閉動作により調節される。例えば、燃料調節弁１２１５が開くと、排熱回収ボイラ１２０６への入熱が増加するので、蒸気量が補われることになる。

ボイラ設備１２５１は、ボイラ１２５２にバーナ１２６１が設置されたものであり、ガスタービン発電設備１２０１の排熱回収ボイラ１２０６と同様に蒸気を発生する。このボイラ設備１２５１では、次のようにして蒸気が発生される。図４に示すように、まず、ボイラ設備１２５１の脱気器１２５３に、蒸気消費設備１１０や復水設備１１１からの復水が供給される。供給された腹水は脱気器１２５３により脱気される。脱気された水は給水ポンプ１２５４で昇圧される。昇圧された給水は、節炭器１２５５でボイラ１２５２の燃焼ガスにより昇温される。昇温された給水は、蒸気ドラム１２５６に供給される。蒸気ドラム１２５６へ供給された水は、蒸発器１２５７でボイラ１２５２の燃焼ガスにより蒸発され、蒸気となる。蒸気ドラム１２５６からの蒸気は、過熱器１２５８でボイラ１２５２の燃焼ガスにより過熱される。そして、過熱された蒸気が、高圧蒸気ヘッダ１３０に供給される。なお、バーナ１２６１には燃料調節弁１２５９を介して燃料が投入され、空気調節弁１２６０を介して空気が投入される。また、バーナ１２６１で発生した燃焼ガスの熱エネルギーはボイラ１２５２が備える各熱交換器へ伝熱される。

図１において、高圧蒸気ヘッダ１３０には、蒸気発生設備１２０が発生する蒸気が導入される。そして、高圧蒸気ヘッダ１３０は、高圧蒸気ヘッダ１３０内の蒸気を蒸気タービン発電設備１４０や蒸気バイパス設備１６０に供給する。

蒸気タービン発電設備１４０は、高圧蒸気ヘッダ１３０から供給される蒸気を使用して発電するものである。具体的には、蒸気タービン発電設備１４０では、高圧蒸気ヘッダ１３０からの高圧・高温の蒸気を、加減弁１４１を介して蒸気タービン１４２に導入する。そして、蒸気タービン１４２で発生した駆動力により、同一軸上に接続された蒸気タービン発電機１４３を駆動して電力を得る。なお、蒸気タービン１４２の負荷は、加減弁１４１の開度により変動する。また、蒸気タービン１４２で仕事をした蒸気は、比較的低圧・低温の蒸気となり、低圧蒸気ヘッダ１５０へと流出する。

低圧蒸気ヘッダ１５０には、蒸気タービン発電設備１４０から流出した蒸気が導入される。低圧蒸気ヘッダ１５０に導入された蒸気は、ここから蒸気消費設備１１０に供給される。なお、低圧蒸気ヘッダ１５０へは、蒸気バイパス設備１６０から流出する蒸気も同様に導入される。

蒸気バイパス設備１６０は、高圧蒸気ヘッダ１３０と低圧蒸気ヘッダ１５０との間を、蒸気タービン発電設備１４０をバイパスするように連結し、高圧蒸気ヘッダ１３０内の蒸気の蒸気量及び蒸気圧を調整して低圧蒸気ヘッダ１５０へ導入させる。

具体的には、蒸気バイパス設備１６０は、バイパス弁１６１・バイパススプレー弁１６２・減温設備１６３を備えている。バイパス弁１６１は、高圧蒸気ヘッダ１３０から流入する蒸気量を調節するものである。ここで減温設備１６３は、蒸気バイパス設備１６０の出口の蒸気温度が、低圧蒸気ヘッダ１５０内の蒸気に見合ったものとなるように温度制御するための構成である。バイパススプレー弁１６２は、外部から取り込まれて減温装置１６３に供給されるスプレー水の流量を調整する。すなわち、バイパススプレー弁１６２にて流量調節されたスプレー水が減温設備１６３にてスプレーされることによって、高圧蒸気ヘッダ１３０内の比較的温度の高い蒸気は、その温度が下げられるとともに供給されたスプレー水の分だけその蒸気量が増加して低圧蒸気ヘッダ１５０に導かれる。このように蒸気バイパス設備１６０は、バイパススプレー弁１６２・減温設備１６３を備えることによって流出する蒸気量を増加させることができる。

なお、蒸気バイパス設備１６０は、蒸気タービン発電設備１４０を稼動させずに蒸気消費設備１１０を稼動させる場合などに使用されるものであり、例えば電気は必要としないが水は必要とするようなときに使用される。換言すれば、蒸気バイパス設備１６０は、低圧蒸気ヘッダ１５０の圧力制御のバックアップとして待機している。

蒸気発生設備制御部１７０は、高圧蒸気ヘッダ１３０の蒸気圧に基づいて、蒸気発生設備１２０を制御するものである。ここでは、蒸気発生設備制御部１７０は、高圧蒸気ヘッダ１３０の蒸気圧が圧力設定値Ｐ１になるように蒸気発生設備１２０の発生する蒸気量に関係する制御指令を出力する。具体的には、蒸気発生設備制御部１７０は、圧力検出装置２１０で検出した圧力検出値に応じて、図２に示すように、圧力制御演算部１７１にて制御指令値Ｖ１を生成し、蒸気発生設備１２０に出力する。圧力制御演算部１７１では、例えばＰＩＤ制御による演算が実行される。なお、制御指令値Ｖ１は、例えば蒸気発生設備１２０が図３に示すガスタービン発電設備１２０１の場合、ダクトバーナ１２１４に供給される燃料流量指令や、ダクトバーナ１２１４の燃料調節弁１２１５の開度指令、燃焼器１２０３に供給される燃料流量指令、ガスタービン１２０２の燃料調節弁１２０４の開度指令、あるいはこれらの組合せに対応する制御量を示す値である。いずれの制御対象であっても排熱回収ボイラ１２０６への入熱が変化するため、発生蒸気量を変化させることができ、高圧蒸気ヘッダ１３０の圧力を制御することができる。

加減弁制御部１８０は、蒸気タービン発電設備１４０の加減弁１４１を開閉動作させてその開度を調整することにより、蒸気タービン発電設備１４０に供給される蒸気量を制御するものである。この加減弁制御部１８０は、図２に示すように低圧制御部１８１・高圧制御部１８２・切替判定部１８３・制御切替部１８４を具備しており、前圧制御や排圧制御により加減弁１４１を制御する。

低圧制御部１８１は、高圧蒸気ヘッダ１３０から蒸気タービン発電設備１４０に供給される蒸気量、すなわち加減弁１４１の開度を、低圧蒸気ヘッダ１５０の蒸気圧に基づいて制御（排圧制御）するものである。具体的には、低圧制御部１８１は、圧力設定値Ｐ２と圧力検出装置２１１で検出された低圧蒸気ヘッダの圧力信号とに応じて制御指令値Ｖ２を生成し、制御切替部１８４へ出力する。

高圧制御部１８２は、高圧蒸気ヘッダ１３０から蒸気タービン発電設備１４０へ供給される蒸気量、すなわち加減弁１４１の開度を、高圧蒸気ヘッダ１３０の蒸気圧に基づいて制御（前圧制御）するものである。具体的には、高圧制御部１８２は、圧力設定値Ｐ３と圧力検出装置２１０で検出された高圧蒸気ヘッダの圧力検出値とに応じて制御指令値Ｖ３を生成し、制御切替部１８４へ出力する。

ここで、蒸気タービン発電設備１４０に供給される蒸気量、すなわち蒸気タービン発電設備１４０の加減弁１４１の開度は、これらの低圧制御部１８１と高圧制御部１８２のうちのいずれかが選択されて制御されるが、通常は低圧制御部１８１Ｐにより制御されている（排圧制御）。

切替判定部１８３は、図１における高圧蒸気ヘッダ１３０の蒸気圧と予め設定された閾値とを比較し、高圧蒸気ヘッダ１３０の蒸気圧が予め設定された閾値よりも低くなったか否かを判定するものである。これにより、切替判定部１８３は、高圧蒸気ヘッダ１３０の蒸気圧が閾値より低下したときに、要求蒸気量が蒸気発生設備１２０の最大発生蒸気量を超えたと判定することができる。そして、切替判定部１８３は、高圧蒸気ヘッダ１３０の蒸気圧が閾値よりも低くなったと判定した場合、「切替命令」を制御切替部１８４に送出する。尚、切替判定部１８３は、図１における高圧蒸気ヘッダ１３０の圧力を監視する代わりに、高圧蒸気ヘッダの蒸気圧に基づいて定められる蒸気発生設備制御部１７０の制御指令値Ｖ１を監視し、制御指令値Ｖ１の値に応じて切替命令を送出してもよい。

制御切替部１８４は、切替判定部１８３から「切替命令」を受け取った場合、低圧制御部１８１による制御から高圧制御部１８２による制御に切り替えるものである。通常、制御切替部１８４は、低圧制御部１８１からの制御指令値Ｖ２に基づいて加減弁１４１を調整し、蒸気タービン発電設備１４０から出力される蒸気量を制御している。ところが、切替判定部１８３から「切替命令」が送出された場合、制御切替部１８４は、高圧制御部１８２からの制御指令値Ｖ３に基づいて加減弁１４１の開度を調整して、蒸気タービン発電設備１４０へ供給される蒸気量を制御する。

そして、本実施の形態においては、蒸気消費設備１１０における要求蒸気量が蒸気発生設備１２０により発生される発生蒸気量の上限値に達したか否かを判定するための別の構成要素である統括制御部１９０をさらに備えている。

統括制御部１９０は、上限検出部１９１と下限検出部１９２とを備える。上限検出部１９１は、蒸気発生設備制御部１７０の制御指令値Ｖ１が、予め設定された上限値以上であることを検出するものである。また、上限検出部１９１は、蒸気発生設備制御部１７０の制御指令値Ｖ１が、予め設定された上限値以上であることを検出した場合、蒸気バイパス設備１６０におけるバイパス弁１６１の開度の制御指令値に開側のバイアス値を加えるための「バイアス制御信号」を蒸気バイパス設備制御部２００に送出する。なお、上限検出部１９１により、制御指令値Ｖ１が上限値以上であることが検出された状態とは、蒸気発生設備１２０の最大発生蒸気量が蒸気消費設備１１０における要求蒸気量を超えた状態に相当する。

下限検出部１９２は、蒸気発生設備制御部１７０の制御指令値Ｖ１が、予め設定された下限値以下であることを検出するものである。また、下限検出部１９２は、蒸気発生設備制御部１７０の制御指令値Ｖ１が、予め設定された下限値以下であることを検出した場合、蒸気バイパス設備１６０におけるバイパス弁１６１の開度の制御指令値に閉側のバイアス値を加えるための「バイアス制御信号」を蒸気バイパス設備制御部２００に送出する。

蒸気バイパス設備制御部２００は、高圧蒸気ヘッダ１３０から蒸気バイパス設備１６０に供給される蒸気の蒸気量及び蒸気圧をバイパス弁１６１の開度により制御するものである。また、蒸気バイパス設備制御部２００は、バイパス弁１６１のみならずバイパススプレー弁１６２を開閉動作させることにより、蒸気バイパス設備１６０を通過する蒸気量を制御する。

具体的には、蒸気バイパス設備制御部２００は、圧力制御演算部２０１とバイアス演算部２０２とを具備している。

圧力制御演算部２０１は、圧力設定値Ｐ４と圧力検出装置２１１で検出された低圧蒸気ヘッダの蒸気圧とに基づいて、バイパス弁１６１を制御するための制御指令値Ｖ４を出力する。

バイアス演算部２０２は、統括制御部１９０から「バイアス制御信号」を受け取った場合、圧力制御部２０１からの制御指令値Ｖ４にバイアス値Ｂ１またはＢ２を加えて、新たな制御指令値Ｖ５を生成する回路である。ここでは、上限検出部１９１からバイアス制御信号を受け取った場合、開側のバイアス値Ｂ１を制御指令値Ｖ４に加える。また、下限検出部１９２からバイアス制御信号を受け取った場合、閉側のバイアス値Ｂ２を制御指令値Ｖ４に加える、すなわち、バイパス弁１６１の開度指令値からバイアス値Ｂ２を減ずる。なお、バイアス値Ｂ１・Ｂ２は、制御切替部１８４による切り替えが直ちに生じないような値に設定される。

なお、本実施形態に係る発電造水複合プラント１００においては、蒸気発生設備制御部１７０の圧力設定値Ｐ１と、加減弁制御部１８０の圧力設定値Ｐ３とは、どちらも高圧蒸気ヘッダ１３０に対する圧力設定値である。そのため、両方が同時に制御した場合には制御干渉が発生する。そこで、一般的には、蒸気発生設備制御部１７０または加減弁制御部１８０のどちらか一方に制御させるような制御切替方法が採用される。もしくは、圧力設定値Ｐ３を圧力設定値Ｐ１よりも低めに設定する方法が採用される。本実施形態では、どちらの方法が採用されていてもよいが、ここでは後者の方法を採用している。また、加減弁制御部１８０の圧力設定値Ｐ２と、蒸気バイパス設備制御部２００の圧力設定値Ｐ４とについても同様であり、圧力設定値Ｐ４を圧力設定値Ｐ２よりも低めに設定している。

また、本実施の形態に係る発電造水複合プラント１００においては、統括制御部１９１の上限検出部１９１や下限検出部１９２が、それぞれ蒸気発生設備制御部１７０の制御指令値Ｖ１の値に基づいて蒸気消費設備１１０における要求蒸気量が上限または下限に達したことを検出しているが、これに限らず、圧力検出装置２１０にて検出した高圧蒸気ヘッダ１３０内の蒸気圧に基づいて、蒸気消費設備１１０における要求蒸気量が上限または下限に達したことを判定するようにしてもよい。

（発電造水複合プラント１００の制御）
次に、本実施形態に係る発電造水複合プラント１００の制御概要を説明する。なお、以下の説明において、蒸気発生設備１２０はガスタービン発電設備１２０１の排熱回収ボイラ１２０６であり、蒸気消費設備１１０は造水設備であるとする。それゆえ、発電造水複合プラント１００には、発電量と造水量との２つの要求値が別々に設定される。発電造水複合プラント１００では、例えばガスタービン発電設備１２０１の燃料調節弁１２０４や蒸気タービン発電設備１４０の加減弁１４１、また蒸気バイパス設備１６０のバイパス弁１６１などの開度をそれぞれ調節することにより、これらの要求値を満たすようにしている。

（要求蒸気量が発生蒸気量の限界値に達していない場合）
蒸気消費設備１１０から要求される要求蒸気量が、蒸気発生設備１２０により発生される発生蒸気量の限界値に達していない場合、発電造水複合プラント１００では以下の通常制御が行なわれる。なお、いずれの場合であっても、蒸気タービン発電設備１４０の加減弁１４１は、当初、低圧制御部１８１により制御されている。

（０―１）発電量の要求が増加した場合
発電造水複合プラント１００では、発電量の要求が増加した場合、蒸気発生設備制御部１７０がガスタービン１２０２の燃料調節弁１２０４を開動作するように制御する。燃料調節弁１２０４が開くと、燃料流量の供給量が増加するので、発電量の要求が満たされる。しかし、燃料調節弁１２０４が開くと、排熱回収ボイラ１２０６の入熱が増加する。そのため、ガスタービン発電設備１２０１からの発生蒸気量が増加する。このとき、造水量の要求に変化がなければ、蒸気量が過剰となる。そこで、発電造水複合プラント１００では、蒸気発生設備制御部１７０がダクトバーナ１２１４の燃料調節弁１２１５を閉じるように制御する。これにより、ダクトバーナ１２１４への燃料流量の供給量が減り、高圧蒸気ヘッダ１３０への流入蒸気量を一定にすることができる。

（０−２）発電量の要求が減少した場合
発電造水複合プラント１００では、発電量の要求が減少した場合、蒸気発生設備制御部１７０がガスタービン１２０２の燃料調節弁１２０４を閉動作するように制御する。燃料調節弁１２０４が閉じると、燃料流量の供給量が減少するので、要求される発電量に一致するようになる。しかし、燃料調節弁１２０４が閉じると、排熱回収ボイラ１２０６の入熱が減少する。そのため、ガスタービン発電設備１２０１からの発生蒸気量が減少する。このとき、造水量の要求に変化がなければ、蒸気量が不足することになる。そこで、発電造水複合プラント１００では、蒸気発生設備制御部１７０がダクトバーナ１２１４の燃料調節弁１２１５を開くように制御する。これにより、ダクトバーナ１２１４への燃料流量の供給量が増え、高圧蒸気ヘッダ１３０への流入蒸気量を一定にすることができる。

（０−３）造水量の要求が増加した場合
発電造水複合プラント１００では、造水量の要求が増加した場合、加減弁制御部１８１が加減弁１４１を開動作するように制御する。これにより、低圧蒸気ヘッダ１５０から流出する蒸気を補うことができ、低圧蒸気ヘッダ１５０の圧力を一定にすることができる。

しかし、加減弁１４１を開くと、蒸気タービン発電機１４３の発電量が増加し、発電量が過剰となる。そこで、発電造水複合プラント１００では、蒸気発生設備制御部１７０がガスタービン１２０２の燃料調節弁１２０４を閉動作するように制御する。燃料調節弁１２０４が閉じると、燃料流量の供給量が減少する。それゆえ、蒸気タービン発電機１４３の発電量増加分がガスタービン発電機１２０５の発電量減少分に吸収され、発電造水複合プラント全体としては発電量を一定にすることができる。

また、加減弁１４１を開くと、高圧蒸気ヘッダ１３０からの流出蒸気量が増加する。その上、ガスタービン１２０２の燃料調節弁１２０４を閉じると、排熱回収ボイラ１２０６の入熱が減少するので、高圧蒸気ヘッダ１３０への流入蒸気量も減少する。この結果、発電造水複合プラント１００において、蒸気量が不足することになる。そこで、発電造水複合プラント１００では、蒸気発生設備制御部１７０がダクトバーナ１２１４の燃料調節弁１２１５を開動作するように制御する。これにより、蒸気量の不足が補われ、高圧蒸気ヘッダ１３０の圧力を一定にすることができる。

（０−４）造水量の要求が減少した場合
発電造水複合プラント１００では、造水量の要求が減少した場合、加減弁制御部１８０が加減弁１４１を閉動作するように制御する。これにより、低圧蒸気ヘッダ１５０の圧力上昇を防ぎ、低圧蒸気ヘッダ１５０の圧力を一定にすることができる。

しかし、加減弁１４１を閉じると、蒸気タービン発電機１４３の発電量が減少し、発電量が不足する。そこで、発電造水複合プラント１００では、蒸気発生設備制御部１７０がガスタービン１２０２の燃料調節弁１２０４が開動作するように制御する。燃料調節弁１２０４が開くと、燃料流量の供給量が増加する。それゆえ、蒸気タービン発電機１４３の発電量減少分がガスタービン発電機１２０５の発電量増加分に吸収され、発電造水複合プラント全体としては発電量を一定にすることができる。

また、加減弁１４１を閉じると、高圧蒸気ヘッダ１３０からの流出蒸気量が減少する。その上、ガスタービン１２０２の燃料調節弁１２０４を開くと、排熱回収ボイラ１２０６の入熱が増加するので、高圧蒸気ヘッダ１３０への流入蒸気量も増加する。この結果、発電造水複合プラント１００において、蒸気量が過剰となる。そこで、発電造水複合プラント１００では、蒸気発生設備制御部１７０がダクトバーナ１２１４の燃料調節弁１２１５を閉動作するように制御する。これにより、燃料流量の供給量が減り、蒸気量の過剰状態が解消され、高圧蒸気ヘッダ１３０の圧力を一定にすることができる。

（要求蒸気量が発生蒸気量の限界値に達した場合）
発電造水複合プラント１００において、発電量と造水量との要求がバランスしている場合は上記の通常制御にて問題は生じない。ところが、蒸気消費設備１１０から要求される要求蒸気量が、蒸気発生設備１２０により発生される発生蒸気量の限界値に達する場合がある。このような場合、外部から蒸気を補充したり、外部に蒸気を放出したりする必要が生じる。

例えば、水の需要の高い夏場などには、蒸気発生設備１２０の最大発生蒸気量を上回る蒸気量が、蒸気消費設備１１０から要求される場合がある。このような場合、蒸気バイパス設備１６０のバイパススプレー弁１６２を介して不足分の蒸気が外部から補充される。

しかし、バイパススプレー弁１６２から蒸気が補充されるまでの過渡的な状態においては、ダクトバーナ１２１４が最大出力であるにも係わらず、要求蒸気量を満たすことができない。このため、高圧蒸気ヘッダ１３０の圧力が加速度的に減少する場合がある。

このような場合、一般的には、制御切替部１８４により、低圧制御部１８１の制御から高圧制御部１８２の制御への切り替えが行なわれる。

これに対し、本実施形態に係る発電造水複合プラント１００では以下のような制御が実行される。

（１−１）造水量の要求が過大に増加した場合
図５は本実施形態に係る発電造水複合プラント１００の制御概要を説明するためのフローチャートである。

発電造水複合プラント１００では造水量の要求のみが増加した場合、低圧蒸気ヘッダ１５０内の蒸気圧が低下するため、圧力検出装置２１１で検出されたこの蒸気圧の低下に基づいて加減弁制御部１８０が加減弁１４１を開動作するように制御する（ステップＳ１，Ｓ２）。これにより、低圧蒸気ヘッダ１５０から蒸気消費設備１１０に流出する蒸気を補うことができる。

しかし、加減弁１４１を開くと、高圧蒸気ヘッダ１３０の圧力が低下する。結果として、造水するための蒸気量が不足することになる。

そこで、発電造水複合プラント１００では、圧力検出装置２１０で検出された高圧蒸気ヘッダ１３０の圧力低下に基づき、蒸気発生設備制御部１７０がダクトバーナ１２１４の燃料調節弁１２１５を開動作するように制御する(ステップＳ３)。これにより蒸気量の不足が補われ、高圧蒸気ヘッダ１３０の圧力を一定にすることができる。

この後、さらに造水量の要求が増加すると、蒸気消費設備１１０により要求される要求蒸気量が、蒸気発生設備１２０により発生される最大発生蒸気量を上回る場合がある(ステップＳ４)。このような場合、統括制御部１９０の上限検出部１９１において、蒸気発生設備制御部１７０への制御指令値Ｖ１が、予め設定された上限値以上であることが検出される(ステップＳ５−Ｙｅｓ)。

上限検出部１９１により制御指令値Ｖ１が上限値以上となったことが検出されると、上限検出部１９１から蒸気バイパス設備制御部２００に「バイアス制御信号」が送出される（ステップＳ６）。

蒸気バイパス設備制御部２００がバイアス制御信号を受け取ると、バイアス演算部２０２により、圧力演算部２０１から出力される制御指令値Ｖ４に、開側のバイアス値Ｂ１を一定レートで加えた新たな制御指令値Ｖ５が生成される(ステップＳ７)。

そして、蒸気バイパス設備制御部２００が、この新たな制御指令値Ｖ５に基づいて、蒸気バイパス設備１６０のバイパス弁１６１及びバイパススプレー弁１６２を開動作するように制御する（ステップＳ８）。要するに、“低圧制御部１８１による制御から高圧制御部１８２による制御への切り替えが生じる前に”、蒸気バイパス設備制御部２００により、蒸気バイパス設備１６０のバイパス弁１６１及びバイパススプレー弁１６２が開かれる。

バイパス弁１６１が開くと、低圧蒸気ヘッダ１５０の圧力が上昇する。そこで、加減弁制御部１８０が加減弁１４１を閉動作する（ステップＳ９）。これにより、低圧蒸気ヘッダ１５０の圧力上昇が回避される。なお、バイパス弁１６０を開くと、高温の蒸気が増加するので、バイパススプレー弁１６２から低温のスプレー水を増加するようにする。

このように、バイパス弁１６１及びバイパススプレー弁１６２を開動作し、加減弁１４１を閉動作して、しばらく経過すると、高圧蒸気ヘッダ１３０において、圧力変動が相殺される（ステップＳ１０）。この結果、低圧制御部１８１による制御から高圧制御部１８２による制御への切り替えが生じないことになる。

補足すると、発電造水複合プラント１００においては、蒸気発生設備１２０からの発生蒸気量は変わらない。そのため、造水量の要求が変化した場合の蒸気量の変動は、蒸気バイパス設備１６０に供給されるスプレー水にて吸収される形となる。例えば、造水量がα増加した場合、スプレー水がα増加するまでバイパス弁１６１及びバイパススプレー弁１６２が開かれる。そして、バイパス弁１６１が開かれたことによる通過蒸気量の増加分βの影響が相殺されるまで、加減弁１４１が閉動作するように制御される。

なお、バイパススプレー弁１６２からスプレー水が加わることにより、加減弁１４１の通過蒸気量の減少分が、バイパス弁１６１の通過蒸気量の増加分よりも最終的に上回るようになる。そうすると、高圧蒸気ヘッダ１３０の圧力が上昇する。そこで、蒸気発生設備制御部１７０が、ダクトバーナ１２１４の燃料調節弁１２１５やガスタービン１２０２の燃料調節弁１２０４を閉動作するように制御する。これにより、蒸気発生設備１２０の発生蒸気量を減少させて、高圧蒸気ヘッダ１３０の圧力を一定にしている。

（１−２）造水量の要求が過小に減少した場合
また、本実施形態に係る発電造水複合プラント１００では、図６に示すように、高圧制御部１８２による制御（前圧制御）から低圧制御部１８１による制御（排圧制御）への切り替えが生じないようにすることもできる。

発電造水複合プラント１００では、造水量の要求が減少した場合、低圧蒸気ヘッダ１５０内の蒸気圧が上昇するため、圧力検出装置２１１で検出されたこの蒸気圧の上昇に基づいて加減弁制御部１８０が加減弁１４１を閉動作するように制御する（ステップＴ１，Ｔ２）。これにより、低圧蒸気ヘッダ１５０の圧力上昇を回避することができる。

しかし、加減弁１４１を閉じると、高圧蒸気ヘッダ１３０の圧力が上昇する。

そこで、発電造水複合プラント１００では、圧力検出装置２１０で検出された高圧蒸気ヘッダ１３０の圧力上昇に基づき、蒸気発生設備制御部１７０がダクトバーナ１２１４の燃料調節弁１２１５を閉動作するように制御する(ステップＴ３)。これにより蒸気量を減らし、高圧蒸気ヘッダ１３０の圧力を一定にすることができる。

この後、さらに造水量の要求が減少すると（ステップＴ４）、統括制御部１９０の下限検出部１９２において、蒸気発生設備制御部１７０への制御指令値Ｖ１が、予め設定された下限値以下であることが検出される(ステップＴ５−Ｙｅｓ)。

下限検出部１９２により制御指令値Ｖ１が下限値以下となったことが検出されると、下限検出部１９２から蒸気バイパス設備制御部２００に「バイアス制御信号」が送出される(ステップＴ６)。

蒸気バイパス設備制御部２００がバイアス制御信号を受け取ると、バイアス演算部２０２により、圧力演算部２０１から出力される制御指令値Ｖ４に、閉側のバイアス値Ｂ２を一定レートで加えた新たな制御指令値Ｖ５が生成される(ステップＴ７)。

そして、蒸気バイパス設備制御部２００が、この新たな制御指令値Ｖ５に基づいて、蒸気バイパス設備１６０のバイパス弁１６１及びバイパススプレー弁１６２を閉動作するように制御する（ステップＴ８）。すなわち、“高圧制御部１８２による制御から低圧制御部１８１による制御への切り替えが生じる前に”、蒸気バイパス設備制御部２００により、蒸気バイパス設備１６０のバイパス弁１６１及びバイパススプレー弁１６２が閉じられる。

バイパス弁１６１が閉動作すると、低圧蒸気ヘッダ１５０の圧力は減少する。そこで、加減弁制御部１８０が加減弁１４１を開き、低圧蒸気ヘッダ１５０の圧力を上げるようにする（ステップＴ９）。なお、バイパス弁１６１が閉動作すると、高温の蒸気が減少する。そのため、高温の蒸気を冷やさないように、バイパススプレー弁１６２から供給される低温のスプレー水を減少するようにする。

このように、バイパス弁１６１及びバイパススプレー弁１６２の閉動作し、加減弁１４１を開動作して、しばらく経過すると、高圧蒸気ヘッダ１３０において、圧力変動が相殺される(ステップＴ１０)。この結果、高圧制御部１８２による制御から低圧制御部１８１による制御への切り替えが生じないことになる。

なお、バイパススプレー弁１６２からスプレー水が減ることにより、加減弁１４１の通過蒸気量の増加分が、バイパス弁１６１の通過蒸気量の減少分よりも最終的に上回ることになる。そうすると、高圧蒸気ヘッダ１３０の圧力が低下する。そこで、蒸気発生設備制御部１７０が、ダクトバーナ１２１４の燃料調節弁１２１５やガスタービン１２０２の燃料調節弁を開動作するように制御する。これにより、蒸気発生設備１２０の発生蒸気量を増加させて、高圧蒸気ヘッダ１３０の圧力を一定にしている。

（発電造水複合プラントの効果）
以上説明したように本実施形態に係る発電造水複合プラント１００は、要求蒸気量が蒸気発生設備１２０により発生される発生蒸気量の限界値に達したことを、高圧蒸気ヘッダ１３０の蒸気圧から判定する統括制御部１９０と、統括制御部１９０により要求蒸気量が限界値に達したと判定された場合、通常の蒸気バイパス設備１６０への制御指令値Ｖ４にバイアス値Ｂ１を加えて新たな制御指令値Ｖ５を生成し、新たな制御指令値Ｖ５に基づいて、蒸気バイパス設備１６０を通過する蒸気の蒸気量及び蒸気圧を制御する蒸気バイパス設備制御部２００とを備えているので、低圧制御部１８１による制御と高圧制御部１８２による制御との切り替えを生じないようにすることができ、安定性・制御応答性を高くすることができる。

それゆえ、発電造水複合プラント１００は、常に同じ制御性を保つことが可能であり、かつ運用範囲を広げられるという効果を有している。

また、発電造水複合プラント１００では、減温設備１６３を介してスプレー水を増加させ、発生蒸気量を増加させることにより、蒸気タービン発電設備１４０やガスタービン発電設備１２０１等の運用範囲を広げることが可能となる。

さらに、発電造水複合プラント１００では、バイパス弁１６１の開動作により、蒸気発生設備１２０の発生蒸気量を減らすことができ、蒸気発生設備制御部１７０での高圧蒸気ヘッダ１３０の圧力制御を継続することができる。

また、本実施形態に係る発電造水複合プラント１００において、蒸気発生設備１２０として、蒸気タービン発電設備１２０１とボイラ設備１２５１とを組み合わせて用いてもよい。例えば、ダクトバーナ１２１４の燃料調節弁１２１５が最大出力になったときに、ボイラ１２５２の燃料調節弁１２５９が、高圧蒸気ヘッダ１３０の制御を開始するようにして用いてもよい。ただし、ダクトバーナ１２１４とボイラ１２５２とでは制御応答性が異なるため、発電量や造水量の変化レートに異なる制限を設ける必要がある。

なお、本実施形態に係る発電造水複合プラント１００においては、蒸気発生設備１２０、蒸気タービン発電設備１４０、蒸気バイパス設備１６０、蒸気消費設備１１０、復水設備１１１の台数を、プラントの規模に合わせて任意に組み合わせることが可能となっている。

＜第２の実施形態＞
（発電造水複合プラント１００Ｓの構成）
図７は本発明の第２の実施形態に係る発電造水複合プラント１００Ｓの構成を示す模式図であり、図８は発電造水複合プラント１００Ｓの制御システム構成図である。以下、図７・８を使用して説明を行う。

本実施形態に係る発電造水複合プラント１００Ｓは、第１の実施形態に係る発電造水複合プラント１００が複数の蒸気発生設備１２０Ａ・１２０Ｂを備えたものである。この発電造水複合プラント１００Ｓでは、高圧蒸気ヘッダ１３０に、複数の蒸気発生設備１２０Ａ・１２０Ｂにより発生される蒸気が導入される。そこで、統括制御部１９０Ｓにおいて、蒸気バイパス設備１６０の制御だけではなく、蒸気発生設備１２０Ｂによる蒸気量を制御することにより、蒸気発生設備１２０Ａの蒸気量を調整している。

統括制御部１９０Ｓは、蒸気発生設備制御部１７０Ａの制御指令値Ｖ１が、ある閾値以上であることを検出する上限検出部１９１Ａと、ある閾値以下であることを検出する下限検出部１９２Ａを具備する。

蒸気発生設備制御部１７０Ｂにはバイアス演算部１７２Ｂが追加される。バイアス演算部１７２Ｂは、統括制御部１９０Ｓの上限検出部１９１Ａ及び下限検出部１９２Ａの信号が入力されると、その信号の状態により開側のバイアス値Ｂ３及び閉側のバイアス値Ｂ４を演算に加えて、適切な制御指令値Ｖ６を計算する回路である。さらに統括制御部１９０Ｓは、蒸気発生設備制御部１７０Ｂの制御指令値Ｖ６が入力され、その値がある閾値以上であることを検出する上限検出部１９１Ｂと、ある閾値以下であることを検出する下限検出部１９２Ｂを具備する。

蒸気バイパス設備制御部２００Ｓにはバイアス演算部２０２Ｓが追加される。バイアス演算部２０２Ｓは、統括制御部１９０Ｓの上限検出部１９１Ｂ及び下限検出部１９２Ｂの信号が入力されると、その信号の状態により開側のバイアス値Ｂ１及び閉側のバイアス値Ｂ２を演算に加えて、適切な制御指令値Ｖ７を計算する。

（発電造水複合プラント１００Ｓの制御）
次に、本実施形態に係る発電造水複合プラント１００Ｓの制御概要を説明する。ここでは、蒸気発生設備１２０Ａが図３に示したガスタービン発電設備１２０１の排熱回収ボイラ１２０６であり、蒸気発生設備１２０Ｂが図４に示したボイラ設備１２５１であるとする。

（２−１）造水量の要求が過大に増加した場合
発電造水複合プラント１００Ｓに造水量の要求が増加した場合、蒸気消費設備１１０への蒸気量が過大に要求されることになる。この場合、低圧蒸気ヘッダ１５０の圧力が低下するので、加減弁１４１を開けて蒸気消費設備１１０への蒸気量を確保する。このとき高圧蒸気ヘッダ１３０の圧力も低下するため、蒸気発生設備制御部１７０Ａの制御指令値Ｖ１は上昇する。そこで、ダクトバーナ１２１４の燃料調節弁１２１５或いはガスタービン１２０２の燃料調節弁１２０４が燃料を増加させ、発生蒸気量を確保する。

さらに蒸気量が要求されると、上限検出部１９１Ａが上限値を検出し、統括制御部１９０Ｓはバイアス制御信号を蒸気発生設備制御部１７０Ｂのバイアス演算部１７２Ｂに伝える。バイアス演算部１７２Ｂでは、例えば圧力制御演算部１７１Ｂの出力に開側のバイアス値Ｂ３を一定レートで加えることで、制御指令値を上昇させることができ、蒸気発生設備１２０Ｂの発生蒸気量を増加させる。ボイラの発生蒸気が増加すると、高圧蒸気ヘッダ１３０の圧力が上昇する。そこで、ダクトバーナ１２１４の燃料調節弁１２１５或いはガスタービン１２０２の燃料調節弁１２０４が燃料を減少させて、蒸気発生設備１２０Ａの発生蒸気量を減らすようにする。

さらに蒸気量が要求されると、上限検出部１９１Ｂが上限値を検出し、統括制御部１９０Ｓはバイアス制御信号を蒸気バイパス設備制御部２００Ｓのバイアス演算部２０２Ｓへ伝える。以降の動作は第１の実施形態に係る発電造水複合プラント１００と同様である。

（２−２）造水量の要求が過小に減少した場合
発電造水複合プラント１００Ｓに造水量の要求が減少した場合、蒸気消費設備１１０へ要求する蒸気量が減少することになる。この場合、低圧蒸気ヘッダ１５０の圧力が上昇するので、加減弁１４１を閉めて蒸気消費設備１１０への蒸気量を制御する。このとき高圧蒸気ヘッダ１３０の圧力も上昇するため、蒸気発生設備制御部１７０Ａの制御指令値Ｖ１は減少する。そこで、ダクトバーナ１２１４の燃料調節弁１２１５或いはガスタービン１２０２の燃料調節弁１２０４が燃料を減少させ、発生蒸気量のバランスを保つ。

さらに蒸気量が減少すると、下限検出部１９２Ａが下限値を検出成立し、統括制御部１９０Ｓはバイアス制御信号を蒸気発生設備制御部１７０Ｂのバイアス演算部１７２Ｂに伝える。バイアス演算部１７２Ｂでは、例えば圧力制御演算部１７１Ｂの出力に閉側のバイアス値Ｂ４を一定レートで加えることで、制御指令値を減少させることができ、蒸気発生設備１２０Ｂの発生蒸気量を減少させる。ボイラの発生蒸気が減少すると、高圧蒸気ヘッダ１３０の圧力が降下する。そこで、ダクトバーナ１２１４の燃料調節弁１２１５或いはガスタービン１２０２の燃料調節弁１２０４が燃料を増加させて、蒸気発生設備１２０Ａの発生蒸気量を増やすようにする。

さらに蒸気量が減少すると、下限検出部１９２Ｂが下限値を検出し、統括制御部１９０Ｓはバイアス制御信号を蒸気バイパス設備制御部２００Ｓのバイアス演算部２０２Ｓへ伝える。以降の動作は第１の実施形態に係る発電造水複合プラント１００と同様である。

（発電造水複合プラント１００Ｓの効果）
以上説明したように、本実施形態に係る発電造水複合プラント１００Ｓは、統括制御部１９０Ｓにより要求蒸気量が発生蒸気量の限界値に達したと判定された場合、他の蒸気発生設備１２０Ｂへの制御指令値にバイアス値を加えて新たな制御指令値Ｖ６を生成し、その新たな制御指令値Ｖ６に基づいて、他の蒸気発生設備１２０Ｂの発生蒸気量を制御する蒸気発生設備制御部１７０Ｂを備えているので、制御切替部１８０の切り替えが生じないようにすることができる。

換言すれば、本実施形態に係る発電造水複合プラント１００Ｓでは、蒸気発生設備制御部１７０Ｂの制御指令値が最大負荷に到達した場合は、蒸気発生設備制御部１７０Ｂの制御指令値Ｖ６にバイアス値Ｂ３を加えるので、発生蒸気を増加させ、蒸気発生設備１２０Ａの発生蒸気量を減らすことができる。そのため、蒸気発生設備制御部１７０Ａでの高圧蒸気ヘッダ１３０の圧力制御を継続することができるようになる。

また、本実施形態では、バイパス弁１６１を開動作させることにより、減温設備１６３に加わるスプレー水を増加させ、発生蒸気を増加させ、運用範囲を広げることが可能となる。さらにバイパス弁１６１の開動作により、蒸気発生設備１２０Ａの発生蒸気量を減らすことができるため、制御指令値Ｖ１が減少する。つまり蒸気発生設備制御部１７０Ａでの高圧蒸気ヘッダ１３０の圧力制御を継続することができるようになる。

従って、本実施形態に係る発電造水複合プラント１００Ｓでは、複雑な制御切り替えがなく、同じ制御性を保った運転が可能となり、かつ運用範囲を広げられるという効果を有している。

＜第３の実施形態＞
図９は本発明第３の実施形態に係る発電造水複合プラント１００Ｔの制御システム構成図である。

本実施形態に係る発電造水複合プラント１００Ｔでは、統括制御部１９０Ｔが優先順位選択部１９３を具備する。統括制御部１９０Ｔでは、上限検出部１９１Ａと下限検出部１９２Ａとに、蒸気発生設備制御部１７０Ａの制御指令値Ｖ１の信号に加え、蒸気バイパス設備制御部２００の制御指令値Ｖ７と優先順位選択部１９３の優先順位信号とが入力される。「優先順位信号」には、蒸気バイパス設備１６０の制御と、他の蒸気発生設備１２０Ｂの制御とのいずれを優先するかが予め設定されている。ここでは、例えば、オペレータが優先順位を設定することが可能である。

また、統括制御部１９０Ｔでは、上限検出部１９１Ｂと下限検出部１９２Ｂとに、蒸気発生設備制御部１７０Ｂの制御指令値Ｖ６の信号に加え、蒸気発生設備制御部１７０Ａの制御指令値Ｖ１と優先順位選択部手段１９３の優先順位信号とが入力される。

次に、本実施形態に係る発電造水複合プラント１００Ｔの動作を説明する。なお、前提として、「優先順位信号」が“１”の場合、蒸気発生設備１２０Ｂの制御が蒸気バイパス設備１６０の制御に優先される。一方、「優先順位信号」が“２”の場合、蒸気バイパス設備１６０の制御が蒸気発生設備１２０Ｂの制御に優先される。

このような前提のもと、上限検出部１９１Ａでは、優先順位選択部１９３による優先順位が“１”の場合、蒸気発生設備制御部１７０Ａの制御指令値Ｖ１のみが上限値に到達しているかどうかを判定し、上限値以上であれば、蒸気発生設備制御部１７０Ｂのバイアス演算部１７２Ｂにバイアス制御信号を伝える。また、上限検出部１９１Ａでは、優先順位が“２”の場合、蒸気発生設備制御部１７０Ａの制御指令値Ｖ１の判定に加え、蒸気バイパス設備制御部２００の制御指令値Ｖ７が上限値に到達しているかどうかを判定し、蒸気バイパス設備制御部２００の制御指令値Ｖ３と蒸気発生設備制御部１７０Ａの制御指令値Ｖ１との両方が上限値以上であれば、蒸気発生設備制御部１７０Ｂのバイアス演算部１７２Ｂにバイアス制御信号を伝える。

一方、上限検出部１９１Ｂでは、優先順位選択部１９３による優先順位が“２”の場合、蒸気発生設備制御部１７０Ａの制御指令値Ｖ１のみが上限値に到達しているかどうかを判定し、上限値以上であれば、蒸気バイパス設備制御部２００のバイアス演算部２０２にバイアス制御信号を伝える。また、上限検出部１９１Ｂは、優先順位が“１”の場合、蒸気発生設備制御部１７０Ａの制御指令値Ｖ１の判定に加え、蒸気発生設備制御部１７０Ｂの制御指令値Ｖ６が上限値に到達しているかどうかを判定し、蒸気発生設備制御部１７０Ａの制御指令値Ｖ１と蒸気発生設備制御部１７０Ｂの制御指令値Ｖ６との両方が上限値以上であれば、蒸気バイパス設備制御部２００のバイアス演算部２０２にバイアス制御信号を伝える。

また、下限検出部１９２Ａは、優先順位選択部１９３による優先順位が“１”の場合、蒸気発生設備制御部１７０Ａの制御指令値Ｖ１のみが下限値以下であるかどうかを判定し、下限値以下であれば、蒸気発生設備制御部１７０Ｂのバイアス演算部１７２Ｂにバイアス制御信号を伝える。下限検出部１９２Ａは、優先順位が“２”の場合、蒸気発生設備制御部１７０Ａの制御指令値Ｖ１の判定に加え、蒸気バイパス設備制御部２００の制御指令値Ｖ７が下限値以下であるかどうかを判定し、蒸気バイパス設備制御部２００の制御指令値Ｖ７と蒸気発生設備制御部１７０Ａの制御指令値Ｖ１との両方が下限値以下であれば、蒸気発生設備制御部１７０Ｂのバイアス演算部１７２Ｂにバイアス制御信号を伝える。

一方、下限検出部１９２Ｂでは、優先順位選択部１９３による優先順位が“２”の場合、蒸気発生設備制御部１７０Ａの制御指令値Ｖ１のみが下限値に到達しているかどうかを判定し、下限値以下であれば、蒸気バイパス設備制御部２００のバイアス演算部２０２にバイアス制御信号を伝える。また、下限検出部１９２Ｂは、優先順位が“１”の場合、蒸気発生設備制御部１７０Ａの制御指令値Ｖ１の判定に加え、蒸気発生設備制御部１７０Ｂの制御指令値Ｖ６が閾値に到達しているかどうかを判定し、蒸気発生設備制御部１７０Ａの制御指令値Ｖ１と蒸気発生設備制御部１７０Ｂの制御指令値Ｖ６との両方が下限値以下であれば、蒸気バイパス設備制御部２００のバイアス演算部２０２にバイアス制御信号を伝える。

以上説明したように、本実施形態に係る発電造水複合プラント１００Ｔにおいて、統括制御部１９０Ｔにより要求蒸気量が発生蒸気量の限界値に達したと判定された場合、蒸気発生設備制御部１７０Ｂによる制御と蒸気バイパス設備制御部２００による制御とのいずれかを、予め設定された優先順位に基づいて選択する優先順位選択部１９３を備えているので、発電造水複合プラント全体の運転効率を上げることができる。

要するに、本実施形態に係る発電造水複合プラント１００Ｔによれば、その時のプラント運転効率などを考慮し、バイアス制御信号を送出する設備を選択することができるので、第２の実施形態に係る発電造水複合プラント１００Ｓの効果に加え、プラント効率の高い運転が可能となる。なお、各設備を制御する優先順位については、予め設定されていてもよいし、オペレータが決定してもよい。

＜第４の実施形態＞
図１０は本発明第４の実施形態に係る発電造水複合プラント１００Ｕの制御システム構成図である。

本実施形態に係る発電造水複合プラント１００Ｕでは、統括制御部１９０Ｕが自動優先順位決定部１９４を具備する。

この自動優先順位決定部１９４は、オペレータが選択しなくても、自動でプラント効率を計算して、蒸気発生設備１２０Ｂの制御と蒸気バイパス設備１６０の制御とに優先順位を“自動で”設定するものである。ここでは、自動優先順位決定部１９４は、蒸気発生設備制御部１７０Ｂからの制御指令値Ｖ６と蒸気バイパス設備制御部２００からの制御指令値Ｖ７とに基づいて優先順位を設定する。

すなわち、本実施形態に係る発電造水複合プラント１００Ｕは自動優先順位決定部１９４を具備しているので、その時のプラント運転効率を自動で計算しながら、バイアス制御信号を送出する設備を選択することができる。それゆえ、第３の実施形態に係る発電造水複合プラント１００Ｕの効果に加え、常にプラント効率の高い運転が可能となる。

＜第５の実施形態＞
図１１は本発明第５の実施形態に係る発電造水複合プラント１００Ｖの制御システム構成図である。

本実施形態に係る発電造水複合プラント１００Ｖでは、統括制御部１９０Ｖがバイアス値演算部１９５を具備する。バイアス値演算部１９５は、高圧蒸気ヘッダ１３０の圧力検出器２１０から圧力信号が入力されると、プラント運転に応じた最適なバイアス量を計算し、バイアス演算部２０２に与える。

バイアス値演算部１９５でのバイアス量の計算は、例えば、高圧蒸気ヘッダ１３０の内における蒸気圧の時間変化（傾き）によるものとすることができる。この場合、高圧蒸気ヘッダ１３０の圧力降下が激しく、圧力設定値Ｐ１に対して大きく下回る場合には、バイアス値演算部１９５がより大きなバイアス量を計算し、蒸気バイパス設備制御部２００のバイアス演算部２０２に与える。これにより、バイパス弁１６１の動作が早くなり、低温のスプレー水が早く加わる。そのため、高圧蒸気ヘッダ１３０の圧力を早く回復させることができる。また高圧蒸気ヘッダ１３０の圧力降下が遅く、圧力設定値Ｐ１に対してそれほど大きく下回っていない場合は、バイアス値演算部１９５はバイアス量を小さく計算する。これにより、バイパス弁１６１の動作を緩やかにして、プラントへの外乱を抑えることができる。

以上説明したように、本実施形態に係る発電造水複合プラント１００Ｖでは、統括制御部１９０Ｖが、高圧蒸気ヘッダ１３０の蒸気圧から、バイアス値を演算するバイアス値演算部１９５を備えているので、常にプラント状態に合致したバイアス量を計算することができ、常に安定なプラント運転が可能となる。

＜その他＞
なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の第１の実施形態に係る発電造水複合プラント１００の構成を示す模式図である。 同実施形態に係る発電造水複合プラント１００の各制御部１７０〜２００の構成を示す模式図である。 同実施形態に係るガスタービン発電設備１２０１の構成を示す模式図である。 同実施形態に係るボイラ設備１２５１の構成を示す模式図である。 同実施形態に係る発電造水複合プラント１００の制御概要を説明するためのフローチャートである。 同実施形態に係る発電造水複合プラント１００の制御概要を説明するためのフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る発電造水複合プラント１００Ｓの構成を示す模式図である。 同実施形態に係る発電造水複合プラント１００Ｓの制御システム構成図である。 本発明第２の実施形態に係る発電造水複合プラント１００Ｔの制御システム構成図である。 本発明第４の実施形態に係る発電造水複合プラント１００Ｕの制御システム構成図である。 本発明第５の実施形態に係る発電造水複合プラント１００Ｖの制御システム構成図である。 一般的な発電複合プラントの構成を示す模式図である。

符号の説明

１００・・・発電造水複合プラント、１１０・・・蒸気消費設備、１１１・・・復水設備、１２０・・・蒸気発生設備、１３０・・・高圧蒸気ヘッダ、１４０・・・蒸気タービン発電設備、１４１・・・加減弁、１４２・・・蒸気タービン、１４３・・・蒸気タービン発電機、１５０・・・低圧蒸気ヘッダ、１６０・・・蒸気バイパス設備、１６１・・・バイパス弁、１６２・・・バイパススプレー弁、１６３・・・減温設備、１７０・・・蒸気発生設備制御部、１７１Ｂ・・・圧力制御演算部、１７２Ｂ・・・バイアス演算部、１８０・・・加減弁制御部、１８１・・・低圧制御部、１８２・・・高圧制御部、１８３・・・切替判定部、１８４・・・制御切替部、１９０・・・統括制御部、１９１・・・上限検出部、１９２・・・下限検出部、１９３・・・優先順位選択部、１９４・・・自動優先順位決定部、１９５・・・バイアス値演算部、２００・・・蒸気バイパス設備制御部、２０１・・・圧力制御演算部、２０２・・・バイアス演算部、１２０１・・・ガスタービン発電設備、１２０２・・・ガスタービン、１２０３・・・燃焼器、１２０４・・・燃料調節弁、１２０５・・・ガスタービン発電機、１２０６・・・排熱回収ボイラ、１２０７・・・脱気器、１２０８・・・蒸発器、１２０９・・・給水ポンプ、１２１０・・・節炭器、１２１１・・・蒸気ドラム、１２１２・・・蒸発器、１２１３・・・過熱器、１２１４・・・ダクトバーナ、１２１５・・・燃料調節弁、１２５１・・・ボイラ設備、１２５２・・・ボイラ、１２５３・・・脱気器、１２５４・・・給水ポンプ、１２５５・・・節炭器、１２５６・・・蒸気ドラム、１２５７・・・蒸発器、１２５８・・・過熱器、１２５９・・・燃料調節弁、１２６０・・・空気調節弁、１２６１・・・バーナ。

Claims (12)

1. 蒸気発生設備と、
   前記蒸気発生設備で発生される蒸気が導入される高圧蒸気ヘッダと、
   前記高圧蒸気ヘッダから供給される蒸気を使用して発電する蒸気発電設備と、
   前記蒸気発電設備から流出する蒸気が導入される低圧蒸気ヘッダと、
   前記高圧蒸気ヘッダと前記低圧蒸気ヘッダとを、前記蒸気発電設備をバイパスするように連結し、バイパス蒸気量制御指令値に基づいて該高圧蒸気ヘッダ内の蒸気の蒸気量及び蒸気圧を調整して該低圧蒸気ヘッダへ供給する蒸気バイパス設備と、
   前記低圧蒸気ヘッダから供給される蒸気を使用する蒸気消費設備と、
   前記高圧蒸気ヘッダの蒸気圧が予め定めた閾値より高い場合に、前記蒸気発電設備に供給される蒸気量を前記低圧蒸気ヘッダの蒸気圧に基づいて制御する低圧制御手段と、
   前記高圧蒸気ヘッダの蒸気圧が予め定めた閾値より低い場合に、前記蒸気発電設備に供給される蒸気量を前記高圧蒸気ヘッダの蒸気圧に基づいて制御する高圧制御手段と、
   前記高圧蒸気ヘッダの蒸気圧と前記閾値とを比較して前記低圧制御手段による制御と前記高圧制御手段による制御とを切り替える制御切替手段と、
   前記蒸気消費設備の要求蒸気量が前記蒸気発生設備により発生される発生蒸気量の上限値に達したことを判定する判定手段と、
   前記判定手段により前記要求蒸気量が前記上限値に達したと判定された場合、前記蒸気バイパス設備の前記バイパス蒸気量制御指令値にバイアス値を加えて新たなバイパス蒸気量制御指令値を生成し、該新たなバイパス蒸気量制御指令値に基づいて、該蒸気バイパス設備を通過する蒸気の蒸気量及び蒸気圧を制御する蒸気バイパス設備制御手段と、
   を備えたことを特徴とする発電複合プラント。
2. 請求項１に記載の発電複合プラントにおいて、
   前記判定手段は、前記上限値を前記高圧蒸気ヘッダの蒸気圧に基づいて判定することを特徴とする発電複合プラント。
3. 請求項１に記載の発電複合プラントにおいて、
   前記判定手段は、前記上限値を前記蒸気発生設備への制御指令値に基づいて判定することを特徴とする発電複合プラント。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の発電複合プラントにおいて、
   前記高圧蒸気ヘッダには、他の蒸気発生設備により発生される蒸気も導入され、
   前記判定手段により前記要求蒸気量が前記発生蒸気量の上限値に達したと判定された場合、前記他の蒸気発生設備への蒸気発生量の制御指令値にバイアス値を加えて新たな制御指令値を生成し、該新たな制御指令値に基づいて、前記他の蒸気発生設備の発生蒸気量を制御する蒸気発生設備制御手段
   を備えたことを特徴とする発電複合プラント。
5. 請求項４に記載の発電複合プラントにおいて、
   前記判定手段により前記蒸気消費設備の要求蒸気量が前記発生蒸気量の上限値に達したと判定された場合、前記蒸気発生設備制御手段による制御と前記蒸気バイパス設備制御手段による制御とのいずれかを、予め設定された優先順位に基づいて選択する優先順位選択手段
   を備えたことを特徴とする発電複合プラント。
6. 請求項５に記載の発電複合プラントにおいて、
   前記優先順位選択手段は、発電複合プラント全体の発電効率に基づいて優先順位を決定する手段
   を備えたことを特徴とする発電複合プラント。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の発電複合プラントにおいて、
   前記高圧蒸気ヘッダの蒸気圧から、前記バイアス値を演算するバイアス値演算手段
   を備えたことを特徴とする発電複合プラント。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の発電複合プラントにおいて、
   前記蒸気消費設備は、前記低圧蒸気ヘッダから供給される蒸気を消費して生産水を生成する造水設備である
   ことを特徴とする発電複合プラント。
9. 請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の発電複合プラントにおいて、
   前記蒸気発生設備は、ダクトバーナを備えるとともに、ガスタービンの排ガスを熱源として蒸気を発生する排熱回収ボイラである
   ことを特徴とする発電複合プラント。
10. 蒸気発生設備と、
    前記蒸気発生設備で発生される蒸気が導入される高圧蒸気ヘッダと、
    前記高圧蒸気ヘッダから供給される蒸気を使用して発電する蒸気発電設備と、
    前記蒸気発電設備から流出する蒸気が導入される低圧蒸気ヘッダと、
    前記高圧蒸気ヘッダと前記低圧蒸気ヘッダとを、前記蒸気発電設備をバイパスするように連結し、バイパス蒸気量制御指令値に基づいて該高圧蒸気ヘッダ内の蒸気の蒸気量及び蒸気圧を調整して該低圧蒸気ヘッダへ供給する蒸気バイパス設備と、
    前記低圧蒸気ヘッダから供給される蒸気を使用する蒸気消費設備と、
    前記高圧蒸気ヘッダの蒸気圧が予め定めた閾値より高い場合に前記蒸気発電設備に供給される蒸気量を前記低圧蒸気ヘッダの蒸気圧に基づいて制御する低圧制御手段と、
    前記高圧蒸気ヘッダの蒸気圧が予め定めた閾値より低い場合に、前記蒸気発電設備に供給される蒸気量を前記高圧蒸気ヘッダの蒸気圧に基づいて制御する高圧制御手段と、
    前記高圧蒸気ヘッダの蒸気圧と前記閾値とを比較して前記低圧制御手段による制御と前記高圧制御手段による制御とを切り替える制御切替手段と、
    を備えた発電複合プラントに用いられるプラント制御方法であって、
    前記蒸気消費設備の要求蒸気量が前記蒸気発生設備により発生される発生蒸気量の上限値に達したことを判定する判定ステップと、
    前記判定ステップにより前記要求蒸気量が前記上限値に達したと判定された場合、前記蒸気バイパス設備の前記バイパス蒸気量制御指令値にバイアス値を加えて新たなバイパス蒸気量制御指令値を生成し、該新たなバイパス蒸気量制御指令値に基づいて、該蒸気バイパス設備を通過する蒸気の蒸気量及び蒸気圧を制御する蒸気バイパス設備制御ステップと、
    を備えたことを特徴とするプラント制御方法。
11. 請求項１０に記載のプラント制御方法において、
    前記判定ステップにより前記要求蒸気量が前記発生蒸気量の上限値に達したと判定された場合、他の蒸気発生設備への制御指令値にバイアス値を加えて新たな制御指令値を生成し、該新たな制御指令値に基づいて、前記他の蒸気発生設備の発生蒸気量を制御する蒸気発生設備制御ステップ
    を備えたことを特徴するプラント制御方法。
12. 請求項１１に記載のプラント制御方法において、
    前記判定ステップにより前記要求蒸気量が前記上限値に達したと判定された場合、前記蒸気発生設備制御ステップの制御と前記蒸気バイパス設備制御ステップの制御とのいずれかを、予め設定された優先順位に基づいて選択する優先順位選択ステップ
    を備えたことを特徴とするプラント制御方法。

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