JP5426780B2 - バルブを制御するための方法 - Google Patents

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Description

本発明はバルブを制御するための方法に関し、このバルブは蒸気ライン中に配置され、この蒸気ラインは水を散布するためのデバイスを有する。
化石燃料発電プラントの始動あるいはランピングアップの間、発電プラントのボイラー(これは蒸気を発生するよう設計される)は、当初、最小負荷で運転され、これは、３０％ないし４０％負荷の間に存在する。このランピングアップ段階の間に生じた生蒸気は、この場合、慣例的に、初めに、いわゆるバイパスモードで復水器へと蒸気タービンを経て直接輸送される。再熱器を備えたプラントの場合、生蒸気は、この場合には、高圧バイパスステーションを経て輸送され、低温レベルまでスプレー冷却され、そして続いて再熱器の低温ラインへと導かれる。再熱器の高温ラインを出た蒸気は、中圧バイパスステーションを経て輸送されると共に水の散布によって冷却され、そして復水器内に導かれる。再熱器内の高い圧力レベルの結果(これは、通常、約２０バールないし３０バールである)、再熱チューブの効果的な冷却(これは煙道ガスによって影響を受ける)が保証される。
蒸気タービンプラントの運転のためには、蒸気の純度に高い要求が課される。特に、粒状固形物が蒸気内に混入するのを回避する必要がある。そうした固体粒子は蒸気タービンおよびその他のプラントコンポーネントに対してダメージを引き起こすことがある。ダメージは、特に、タービンの羽根において生じる。
僅かな過熱を実現するために、中圧バイパス蒸気ラインを介して導入される蒸気体積は低温レベルまで冷却されることが必要である。これは、バイパス蒸気ライン内のバイパス蒸気が水でスプレー冷却される必要があること意味する。だが、これは、スプレーされる水の体積の、信頼性が高くかつ直接的な利用可能性を必要とする。さらに、高速動作スプレー水バルブおよび信頼性の高い測定技術が要求される。
噴霧されることになる水が完全に存在しない場合、ダメージが生じないように対策を講じる必要がある。目下、既存の水スプレー保護デバイスは、スプレー水の完全な欠如のみが考慮されるように設計されている。
水の必要体積の一時的な不足さえ機能不全と見なされるが、これは最悪の場合には、バイパス蒸気ラインの全閉につながることがあり、そしてトリップにつながることさえあり、すなわち、発電プラント全体のシャットダウンがその帰結となるであろう。
バイパスステーションの引き起こされる緊急シャットダウンは、ガスタービントリップの場合に、ガスタービンの検査インターバルに、あるいはその耐用年数に影響を及ぼすことがある。
たとえ、所望の値の９０％超の水の体積が既に獲得され、かつ、そうした緊急シャットダウンが必要ではなくても、目下の予防措置によって、バイパスステーションの緊急シャットダウンが実行されることは全く起こり得る。
本発明は、この点において重要な役割を果たし、本発明の目的はバルブを制御するための方法を提供することであり、この方法によって、バイパスステーションの緊急シャットダウンは、バルブの早期閉塞が回避されるように実施される。
この目的は、請求項１に記載のバルブを制御するための方法によって達成される。この場合、バルブは蒸気ライン内に配置され、蒸気ラインは水を散布するためのデバイスを有し、水の実際の体積
Figure 0005426780
 および水の目標体積
Figure 0005426780
 および最大水体積欠乏量ＦＢmaxが特定され、かつ、最大水体積欠乏量ＦＢmaxと、水の目標体積
Figure 0005426780
 と水の実際の体積
Figure 0005426780
 との差と、の間の商ｔRest,0が式
Figure 0005426780
 に基づいて算出され、かつ、バルブは、ｔRest,0が値Δｔよりも小さい場合に閉まる。
本発明は、目下既存の予防処置が、特定時間ｔmaxの間、十分な量のスプレー水を伴わずにバイパスステーションの作動を可能にするというアイディアに基づくものである。上記予防処置は、蒸気体積およびバイパスステーションにおけるスプレー水の体積とは関係なく適用され、すなわち、最大蒸気体積およびスプレー水体積の完全欠如に関してさえ、予防処置が可能である。
ある体積のスプレー水が機能不全の結果として存在しない場合、これは冷却不足につながる。冷却不足は、蒸発水のエンタルピー差に関して欠乏(ＦＢ)と呼ばれ、そして、時間に関する欠乏量の積分によって得られるが、これは以下の式
Figure 0005426780
 によって記述される。この場合、
Figure 0005426780
 は水流量を表し、
Figure 0005426780
 は実際の水の体積を表す。
最大許容欠乏量は以下の式
Figure 0005426780
 によって算出されるが、ここで、
Figure 0005426780
 はスプレー水の最大体積を表し、そしてｔmax,0は水スプレーを伴わない最大時間を表す。緊急シャットダウンの開始までに累積する欠乏量は、以下の式
Figure 0005426780
 に基づいて計算される。
最大許容欠乏量に達するために許される最大時間には、積分によって決定された欠乏量が最大許容欠乏量と等しくなるときに到達することが必要である。これは、以下の式が満たされる場合に実現される。
Figure 0005426780
この式がｔmax,0に基づいて解かれる場合、許容される最大時間を決定することができる。だが、この場合、水の特定された体積ｍW,SOLLおよびｍW,ISTは、以下の式
Figure 0005426780
 に従うという前提条件が満たされる必要があり、これは、水の実際の体積が少な過ぎることを意味する。本発明によれば、スプレー水の目下不在体積ｍW,SOLL−ｍW,ISTは、時間間隔Δｔ内で計算され、そして最後に蓄積された欠乏量を用いて、許容残留時間へと変換される。この計算された残留時間がサイクルレートΔｔを下回る場合、バルブは閉じられる。
有利な展開は従属請求項に開示されている。
第１の有利な展開においては、最大水体積欠乏量ＦＢmaxは、式
Figure 0005426780
 に基づいて、スプレー水の最大体積と最大時間との乗算から算出される。
さらに有利な展開においては、水の実際の体積
Figure 0005426780
 および水の目標体積
Figure 0005426780
 は、各サイクルレートΔｔに基づいて特定される。このサイクルレートは本発明に基づいて任意に選択できるが、これは、制御の精度に影響を及ぼす。より短いサイクルレートは、いかなる場合でも、より長いサイクルレートΔｔによる制御よりも、さらに正確な制御を実現する。
有利な展開によれば、各サイクルレートΔｔに基づいて、残留時間が特定され、かつ、バルブは、残留時間ｔRest,iが値Δｔ未満である場合に締められ、ｉは、ゼロで始まるループの計数を表し、これに基づいて、残留時間ｔRest,iが各場合に計算される。これは積分が実行されるという利点を有するが、この積分は、バルブの閉鎖を実現するために基準を満たされなければならないことにつながるだけではない。
本発明によれば、残留時間ｔRest,iは台形公式に基づいて決定される。
本発明について、図面を参照して、さらに詳しく説明する。本発明の代表的実施形態について、図面を参照して、さらに詳しく説明する。
蒸気発電プラントの構成を示す図である。 フローチャートを大まかに示す図である。 時間ベースでのグラフである。 時間ベースでのグラフである。
図１は、本発明に基づく蒸気発電プラント１０の構成を大まかに示している。この蒸気発電プラントは、特に、ボイラー１２と、高圧タービン１４と、中圧タービン１６と、低圧タービン１８と、詳しくは示していない発電機と、復水器２２と、生蒸気ライン２８とを備える。ボイラー１２内で生み出された生蒸気は、生蒸気ライン２８を通り、そして生蒸気バルブ３０を通って、高圧タービンセクション１４へと導かれる。
高圧タービン１４の下流で、流出する蒸気は再熱器３２へと、そしてそこから中圧タービンセクション１６へと流動する。中圧タービンセクション１６の流出口は、低圧タービンセクション１８の流入口に流体的に接続されている。低圧タービンセクション１８から放出される蒸気は、低圧ライン３４を介して、復水器２２へと流体的に導かれる。
復水器２２において、蒸気は液化し(水を生じ)、そしてポンプ３６を介して、ボイラー１２へと再び導かれ、この結果、水‐蒸気サイクルが完結する。
蒸気発電プラント１０の始動の間、あるいはそのシャットダウンの間、生蒸気は、パイパスライン３８によって高圧タービン１４を通り越して輸送され、そして低温再熱ライン４０へと直に導かれる。再熱器３２の下流に構成された高温再熱ライン４２が、ＩＰバイパスステーション４４を介して、復水器２２に対して流体的に接続される。このＩＰバイパスステーション内に形成されているのが、ＩＰバイパスバルブ４６およびＩＰバイパスステーション４４内に水を散布するためのデバイス４８である。
蒸気発電プラント１０の始動あるいはランピングアップの間、ボイラー１２は、初め、最小負荷(ほとんどの場合３０％ないし４０％負荷)で運転されるが、ここで、生み出される蒸気は、慣例的に、初めに、高圧タービン１４を通り越して輸送される(バイパスモード)。バイパスモードは、この場合には、高圧タービン１４の蒸気流入セクション内に配置される緊急停止バルブ３１を閉じることによって実現されるが、ここで、生蒸気は、高圧バイパスステーション３８すなわちバイパスライン３８を経て輸送され、低温レベルまでスプレー冷却され、続いて再熱器３２へと、実際には初めに再熱器の低温ライン４０へと供給される。再熱器の高温ライン４２を出る蒸気は中圧バイパスステーション４４を介して輸送され、そしてスプレーされる水によって冷却された後、復水器２２へと導かれる。再熱器３２内の高い圧力レベルの結果、再熱器チューブの効果的な冷却(これは、煙道ガスによって影響を受ける)がプロセスの間、保証される。
バルブ４６の制御は以下で説明するように実施される。すなわち、最初、秒単位でサイクルレートΔｔが予め決定されるかあるいはプレセットされ、そして、(キログラム単位で)最大許容欠乏量ＦＢmaxもまた計算されるが、この欠乏量は、以下の式
Figure 0005426780
 によって、第１近似として特定できる。
次のステップでは、図２に示すように、
Figure 0005426780
 が、
Figure 0005426780
 未満である条件が満たされれば、０に等しい時間ｔ0が設定される。これは、デバイス４８内の水の必要体積(これはＩＰバイパスステーション４４内へと導かれる)が水の目標体積よりも少なくなるや否や、積分が始まることを意味する。最初、水の体積は特性曲線から特定される。その後、測定によって、水の実際の体積が特定される。滞留時間
Figure 0005426780
 の計算が続いて実行される。
さらなる積分のために、番号変数ｉはゼロにセットされる。続いて、残留時間がサイクルレートよりも大きいかどうかが特定される。残留時間がサイクルレートよりも大きいならば、「yes」を伴う、この場合には、図２に示すように、さらなる計算ループへと続く。これは、指標ｉが１だけ増大し、残留時間は台形公式に基づいて再計算されることを意味する。このために枠５０内に提示した式が使用される。
図３および図４は、個々の変数の異なる特性曲線を示している。
図３は、時間目盛り５２上で、目標値５４および最大欠乏量ＦＢmax５６の特性曲線を示している。
ｔ0未満の時間ｔに関して、スプレー水は利用不可能であり、これは、ｔ0までの時間中はスプレー水の不足が支配的であることを意味する。時刻ｔ0以降は、積分が始まるが、これは、曲線５８によって示されており、そして時刻ｔmaxでの緊急シャットダウンにつながる。バイパス緊急シャットダウンの開始は曲線６０によって示されている。図３は、水の体積の１００％不足が存在する状況を示している。これは、たとえば、要求にもかかわらず、バルブが「閉」ポジションのままであることを意味する。
図４は、短い時間間隔内でのスプレー水の反復欠如を示している。時刻ｔ0において、積分６２のスタートが始まる。インテグレーター６４は、初め、急激に動き出し、続いて後戻りする。この時間の間、実際の値６６は目標値の上に存在する。これは、この時間の間、緊急シャットダウンが必要ではないことを意味する。時刻ｔ２において実際の値が再び目標値を下回って低下するや否や、積分が継続されるが、これはインテグレーター６４の直線的上昇によって示されている。時刻ｔ３において実際の値が再び目標値よりも大きくなると、インテグレーターは再び後戻りするが、これは階段線によって示されている。時刻ｔ４において、実際の値は、再び、目標値を下回るが、これは、再び、インテグレーターの上昇につながる。だが、インテグレーターは値ＦＢmax７０まで上昇し、これは、緊急シャットダウン７２が時刻ｔmaxにおいて実施されることにつながる。
１０ 蒸気発電プラント
１２ ボイラー
１４ 高圧タービン
１６ 中圧タービン
１８ 低圧タービン
２２ 復水器
２８ 生蒸気ライン
３０ 生蒸気バルブ
３１ 緊急停止バルブ
３２ 再熱器
３４ 低圧ライン
３６ ポンプ
３８ パイパスライン
４０ 低温再熱ライン
４２ 高温再熱ライン
４４ ＩＰバイパスステーション
４６ ＩＰバイパスバルブ
４８ デバイス

Claims (8)

  1. バルブ(４６)を制御するための方法であって、
    前記バルブ(４６)は蒸気ライン(４４)内に配置されており、
    前記蒸気ライン(４４)は、水を散布するためのデバイス(４８)を有しており、
    水の実際の体積
    Figure 0005426780
     および水の目標体積
    Figure 0005426780
     および最大水体積欠乏量ＦＢmaxが特定され、
    かつ、前記最大水体積欠乏量ＦＢmaxと、前記水の目標体積
    Figure 0005426780
     と前記水の実際の体積
    Figure 0005426780
     との差と、の間の商ｔRest,0が式
    Figure 0005426780
     に基づいて算出され、かつ、前記バルブ(４６)は、ｔRest,0がサイクルレートである値Δｔよりも小さい場合に閉まることを特徴とする方法。
  2. 前記最大水体積欠乏量ＦＢmaxは、式
    Figure 0005426780
     に基づいて、スプレー水の最大体積
    Figure 0005426780
     と最大時間ｔmax,0との間の乗算によって算出されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 前記値Δｔはサイクルレートであり、かつ、前記水の実際の体積
    Figure 0005426780
     および前記水の目標体積
    Figure 0005426780
     は、各サイクルレートΔｔに基づいて決定されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の方法。
  4. 各サイクルレートΔｔに基づいて、残留時間ｔRest,iが特定され、かつ、前記バルブは、前記残留時間ｔRest,iが前記値Δｔ未満である場合に閉まり、
    ｉは、ゼロで始まるループの計数を表し、これに基づいて、前記残留時間ｔRest,iが各場合に計算されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
  5. 前記残留時間ｔRest,iは、以下の式
    Figure 0005426780
     に基づくループに基づいて決定されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
  6. 前記残留時間ｔRest,iは、台形公式に基づいて決定されることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の方法。
  7. 前記蒸気ライン(４４)内に散布される水は、前記蒸気ライン(４４)内を流れる蒸気を冷却するために供給されることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の方法。
  8. 前記最大欠乏量ＦＢmaxは、冷却のために前記蒸気ライン(４４)にスプレーされる水の欠乏最大体積を表し、かつ、以下の式
    Figure 0005426780
     に基づいて特定され、ここで、
    Figure 0005426780
     はスプレーされた水の最大体積を表し、かつ、ｔmax,0は水のスプレーを伴わない最大時間を表すことを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の方法。
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