JP5625563B2

JP5625563B2 - スチームタービンの起動方法

Info

Publication number: JP5625563B2
Application number: JP2010157945A
Authority: JP
Inventors: 奉克内田; 博文安達; 要築山; 尚秀高橋; 智今村
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2010-07-12
Filing date: 2010-07-12
Publication date: 2014-11-19
Anticipated expiration: 2030-07-12
Also published as: JP2012021410A

Description

本発明は、スチームタービンを起動する方法に関するものである。

スチームタービンにおいては、ガバナによるスチームタービンの回転数調整を、スチームタービンの負荷状況に応じてコントロールすることが行われる（例えば、特許文献１）。

特開平７−２２４６１０号公報

ところで、スチームタービンを起動する際には、スチームタービンがガバナによる調速可能範囲内の回転数を超えて昇速してしまい、定格を超える異常回転数まで一気に達することがないように、細心の注意を払って蒸気入口弁の開度を調整する必要がある。

本発明は前記事情に鑑みなされたもので、本発明の目的は、スチームタービンが有するガバナを有効に活用しつつスチームタービンを適切に起動させることができるスチームタービンの起動方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に記載した本発明のスチームタービンの起動方法は、
前記スチームタービンが前記ガバナによる調速可能範囲内の回転数で安定する所定の弁開度まで、前記スチームタービンの閉弁状態の蒸気入口弁を、該蒸気入口弁に対するロードリミット制御を行わずに、スピード調整手段により調整された所定の速度で開弁させる第１昇速ステップと、
前記スチームタービンが前記調速可能範囲内の回転数で安定した後、前記スチームタービンが定格回転数で安定するように、前記ガバナにより前記スチームタービンの回転数を制御する第２昇速ステップと、
を含むことを特徴とする。

請求項１に記載した本発明のスチームタービンの起動方法によれば、第１昇速ステップにおいて蒸気入口弁を閉弁状態から所定の弁開度まで開弁させる際の所定の速度を適切な速度に設定することで、スチームタービンをガバナによる調速可能範囲内の回転数で安定するように昇速させ、以後、第２昇速ステップにおけるガバナの調速でスチームタービンを定格回転数までスムーズに昇速させることができる。これにより、スチームタービンが有するガバナを有効に活用しつつスチームタービンを適切に起動させることができる。

本発明のスチームタービンの起動方法によれば、スチームタービンが有するガバナを有効に活用しつつスチームタービンを適切に起動させることができる。

本発明による起動方法が適用される本発明の一実施形態に係るターボ圧縮機用スチームタービンの概略構成を示す説明図である。図１の各部における制御及び動作の時系列上の関係を説明するタイムチャートである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

本発明による起動方法が適用される本発明の一実施形態に係るターボ圧縮機用スチームタービン（以下、「スチームタービン」と略記する。）は、図１に示すターボ圧縮機システムにおいて駆動源として用いられる。このターボ圧縮機システムは、スチームタービンとターボ圧縮機５とを有しており、両者の間はカップリング３によって動力伝達状態に接続されている。

ターボ圧縮機５は、エア流入口５１から流入するエアを羽根車５３の回転により圧縮してエア吐出口５５から吐出するもので、羽根車５３を回転させる増速歯車５７が、カップリング３を介してスチームタービン１から伝達される動力により回転駆動される。

エア流入口５１からのエアの流入量は、インレットガイドベーン５１ａによって調整される。インレットガイドベーン５１ａは、スイッチバルブ５９を介して供給される正圧又は負圧の作動用エアによって開閉乃至開度調整される。また、エア吐出口５５からの圧縮エアの吐出量は、ブローオフバルブ５５ａによって調整される。ブローオフバルブ５５ａは、スイッチバルブ６１を介して供給される正圧又は負圧の作動用エアによって開閉乃至開度調整される。

スチームタービン１は、スチームインレット１１から吸入したスチームにより内部のタービン（図示せず）を回転させて、その回転力を、カップリング３に連結された出力軸１３から出力するものである。出力軸１３の回転数は、不図示の回転数センサによって検出される。

スチームインレット１１からのスチームの吸入量は、スチームインレットバルブ１１ａによって調整される。スチームインレットバルブ１１ａは、スイッチバルブ１５を介して供給される正圧又は負圧の作動用エアによって開閉乃至開度調整される。スチームインレットバルブ１１ａの開閉速度は、スイッチバルブ１５の上流側に設けられた調整弁（スピードコントローラ）１７によって調整することができる。この調整弁１７は、スチームタービン１のガバナの操作端となるものである。なお、スチームタービン１のガバナとは、たとえば電子ガバナであるが、空気式ガバナ等であってもよい。

また、スチームインレット１１は、緊急停止用バルブ１１ｂを有している。緊急停止用バルブ１１ｂは、スチームインレットバルブ１１ａの下流側に設けられている。この緊急停止用バルブ１１ｂは、スチームタービン１の出力軸１３の回転数が定格回転数の１１０％を超えると、後述する制御盤７の制御によって強制的に閉止される。

制御盤９は、上述したターボ圧縮機５のスイッチバルブ５９，６１や、スチームタービン１のスイッチバルブ１５及び緊急停止用バルブ１１ｂの開閉を制御する。制御盤９は、ターボ圧縮機５の動作開始を指示するランスイッチ（図示せず）と停止を指示するストップスイッチ（図示せず）とを有している。

次に、制御盤９の制御によるターボ圧縮機システムの各部の動作状態を、図２のタイミングチャートを参照して説明する。図２（ａ）の（ア）に示すように、制御盤９の電源スイッチ（図示せず）の投入により制御盤９が起動されると、図２（ｊ）の（イ）に示すように、制御盤９は、ターボ圧縮機５のスイッチバルブ５９をオフ（ＤＥ：De-Energized）からオン（Ｅ：Energized ）に切り替える。

これにより、エア流入口５１のインレットガイドベーン５１ａが、図２（ｌ）の（ウ）に示すように、全開状態から所定のイニシャルポジションに開度調整される。この時点でエア吐出口５５のブローオフバルブ５５ａは、図２（ｍ）に示すように全開状態にある。したがって、スチームタービン１に対するターボ圧縮機５の負荷は、最低レベルに抑えられる。

また、制御盤９が起動されると、時間Ａのアイドルタイムを経た後に、図２（ｂ）の（エ）に示すように、制御盤９が不図示のランスイッチの操作を受付可能な状態に遷移する。

その後、図２（ｃ）の（オ）に示すように、ランスイッチの操作によるトリガ信号が発生すると、ターボ圧縮機５の運転状態が、図２（ｎ）に示すように、不図示のストップランプが点灯するストップ状態から、不図示のランランプが点滅するスターティング状態（スタンバイ状態）に遷移する。

これに伴い、制御盤９は、図２（ｅ）の（カ）に示すように、スチームタービン１のスイッチバルブ１５をオフ（ＤＥ：De-Energized）からオン（Ｅ：Energized ）に切り替える。これにより、スチームインレットバルブ１１ａが調整弁１７によって調整された速度で、図２（ｆ）の（キ）に示すように閉止状態から全開状態に開弁される。

スチームインレットバルブ１１ａが全開すると、制御盤９は、図２（ｇ）の（ク）に示すように、スチームインレットバルブ１１ａに対するロードセンシング（ＬＳ）制御を開始する。このロードセンシング制御は、スチームタービン１の出力軸１３からの出力が、ターボ圧縮機５からカップリング３を介して出力軸１３に掛かる負荷を上回るようにするための、従来公知の制御である。

また、スチームインレットバルブ１１ａが閉止状態から全開状態に開弁され始めると、図２（ｉ）の（ケ）に示すように、スチームタービン１のタービン（図示せず）が回転し始める。そして、スチームインレットバルブ１１ａが全開されるまでの間に、不図示のタービンが定格回転数の０％から９０％の回転数まで上昇し、１００％を超えない程度の若干のオーバーシュートを経た後に、不図示のタービンの回転数が定格回転数の９０％の回転数に収斂する。このように、図２（ｉ）の（ケ）に示すパターンで不図示のタービンの回転数を上昇させるステップが、請求項中における第１昇速ステップに相当する。

したがって、スチームインレットバルブ１１ａの開弁速度は、不図示のタービンが図２（ｉ）の（ケ）に示すようなパターンで定格回転数の９０％の回転数に収斂できる程度の遅い速度に調整される。なお、定格回転数の９０％の回転数とは、スチームタービン１のガバナによる調速可能範囲の最低速度（但し、回転数上昇時における）に対応する回転数である。

そこで、制御盤９は、図２（ｉ）の（コ）に示すように、不図示のタービンの回転数が定格回転数の９０％の回転数で安定した頃合いを見計らって、図２（ｈ）の（サ）に示すように、ガバナ制御信号のレベルを適切な速度で上昇させる。これにより、調整弁１７の開度が、タービンの定格回転数の９０％に対応する開度から１００％に対応する開度に上昇し、これに連動して、図２（ｉ）の（シ）に示すように、タービンの回転数が定格回転数の９０％から１００％に上昇する。このように、図２（ｉ）の（シ）に示すパターンで不図示のタービンの回転数を上昇させるステップが、請求項中における第２昇速ステップに相当する。

そこで、不図示のタービンが定格回転数で安定したことが不図示の回転数センサによって検出されたならば、制御盤９は、図２（ｋ）の（ス）に示すように、その後、時間Ｂのアイドルタイムを経た後に、ターボ圧縮機５のスイッチバルブ６１をオフ（ＤＥ：De-Energized）からオン（Ｅ：Energized ）に切り替える。

これに伴い、ターボ圧縮機５の運転状態が、図２（ｎ）に示すように、スターティング状態（スタンバイ状態）からラン状態に遷移し、不図示のランランプが点滅状態から点灯状態に遷移する。また、図２（ｏ）に示すように、ターボ圧縮機５の負荷状態が、アンロード（非負荷）状態からロード（負荷）状態に遷移する。

以後、ターボ圧縮機５においては、不図示のセンサが検出するエア流入口５１からのエアの流入量とエア吐出口５５からの圧縮エアの吐出量との比較に基づいて、エア流入口５１のインレットガイドベーン５１ａの開度やエア吐出口５５のブローオフバルブ５５ａの開度がＰＩＤ制御される。

また、制御盤９の不図示のストップスイッチが操作されて、図２（ｄ）の（セ）に示すように、その旨を示すトリガ信号が発生すると、制御盤９は、図２（ｋ）の（ソ）に示すように、ターボ圧縮機５のスイッチバルブ６１をオン（Ｅ：Energized ）からオフ（ＤＥ：De-Energized）に切り替える。

これに伴い、ターボ圧縮機５の運転状態が、図２（ｎ）に示すように、ラン状態からストッピング状態に遷移し、不図示のランランプが消灯すると共に不図示のストップランプが点滅する。また、ターボ圧縮機５の負荷状態が、ロード（負荷）状態からアンロード（非負荷）状態に遷移する。

以後、ターボ圧縮機５においては、インレットガイドベーン５１ａやブローオフバルブ５５ａのＰＩＤ制御が終了する。よって、図２（ｌ）の（タ）に示すように、インレットガイドベーン５１ａの開度がＰＩＤ制御の開始前のように所定のイニシャルポジションに戻り、また、図２（ｍ）の（チ）に示すように、ブローオフバルブ５５ａがＰＩＤ制御の開始前のように全開状態に戻る。

また、不図示のストップスイッチの操作によるトリガ信号の発生から時間Ｃの経過後に、制御盤９は、図２（ｅ）の（ツ）に示すように、スチームタービン１のスイッチバルブ１５をオン（Ｅ：Energized ）からオフ（ＤＥ：De-Energized）に切り替える。これにより、スチームインレットバルブ１１ａが調整弁１７によって調整された速度で、図２（ｆ）の（テ）に示すように全開状態から閉止状態に閉弁される。また、スイッチバルブ１５のオン（Ｅ：Energized ）からオフ（ＤＥ：De-Energized）への切り替え後、わずかな時間遅延して、制御盤９は、図２（ｇ）の（ト）に示すように、スチームインレットバルブ１１ａに対するロードセンシング（ＬＳ）制御を終了する。

これに伴い、ターボ圧縮機５の運転状態が、図２（ｎ）に示すように、ストッピング状態からストップ状態に遷移し、不図示のストップランプが点滅状態から点灯状態に遷移する。

さらに、スチームインレットバルブ１１ａの閉弁に伴って、図２（ｉ）の（ナ）に示すように、ガバナによる調速可能範囲の最低速度（但し、回転数降下時における）に対応する回転数まで、不図示のタービンの回転数が低下すると、制御盤９は、図２（ｈ）の（ニ）に示すように、ガバナ制御信号のレベルを落とし、ガバナによるスチームタービンの調速を終了させる。これにより、図２（ｉ）の（ヌ）に示すように、スチームタービンは惰性で回転をしばらく続けた後、停止する。

また、スチームインレットバルブ１１ａに対するロードセンシング（ＬＳ）制御が終了されると、図２（ｂ）の（ネ）に示すように、その時点から時間Ｄのアイドルタイムが経過するまでの間、制御盤９が不図示のランスイッチの再操作を受付可能な状態に遷移する。そして、時間Ｄのアイドルタイムが経過すると、図２（ａ）の（ノ）に示すように、制御盤９の電源がオフされる。これに伴い、エア流入口５１のインレットガイドベーン５１ａが、図２（ｌ）の（ハ）に示すように、所定のイニシャルポジションから全開状態まで開弁される。

以上に説明した動作が各部において行われることで、本実施形態のターボ圧縮機システムにおいては、スチームタービン１の起動時に、スチームインレットバルブ１１ａの開弁が、２段階で行われる。そして、第１段階目が、調整弁１７によって調整された開弁速度で、タービンの回転数が定格回転数の９０％の回転数に上昇するまで行われ、第２段階目がガバナによってタービンの回転数が定格回転数に上昇するまで行われる。

このため、スチームインレットバルブ１１ａの開弁速度を調整弁１７により適切な速度に設定することで、スチームタービン１の起動時に不図示のタービンをガバナによる調速可能範囲内の回転数で安定するように昇速させることができる。また、それ以後は、ガバナの調速で不図示のタービンを定格回転数までスムーズに昇速させることができる。したがって、起動時にタービンの回転数をガバナの調速可能範囲を超える回転数（例えば、定格回転数の１１０％の回転数）まで過上昇させることなく、ガバナを有効に利用しつつスチームタービン１を適切に起動させることができる。

なお、上述した実施形態では、ターボ圧縮機の駆動源として用いるスチームタービンを例に取って説明したが、本発明は、ガバナを有するスチームタービンの全般に広く適用可能である。

１スチームタービン
３カップリング
５ターボ圧縮機
７制御盤
９制御盤
１１スチームインレット
１１ａスチームインレットバルブ
１１ｂ緊急停止用バルブ
１３出力軸
１５スイッチバルブ
１７調整弁
５１エア流入口
５１ａインレットガイドベーン
５３羽根車
５５エア吐出口
５５ａブローオフバルブ
５７増速歯車
５９スイッチバルブ
６１スイッチバルブ

Claims

ガバナを有するスチームタービンを起動する方法であって、
前記スチームタービンが前記ガバナによる調速可能範囲内の回転数で安定する所定の弁開度まで、前記スチームタービンの閉弁状態の蒸気入口弁を、該蒸気入口弁に対するロードリミット制御を行わずに、スピード調整手段により調整された所定の速度で開弁させる第１昇速ステップと、
前記スチームタービンが前記調速可能範囲内の回転数で安定した後、前記スチームタービンが定格回転数で安定するように、前記ガバナにより前記スチームタービンの回転数を制御する第２昇速ステップと、
を含むことを特徴とするスチームタービンの起動方法。