JP6317652B2 - プラント制御装置及びコンバインドサイクル発電プラント - Google Patents
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Description
本実施形態に係る制御装置について説明する前に、比較例に係るコンバインドサイクル発電プラントの運転について説明するとともに、その課題と問題の詳細について説明する。なお、以下、本明細書に使用される数値は全て説明の便宜上の一例である。
図1は、第1の実施形態に係る2-2-1方式の多軸型コンバインドサイクル発電プラント1の構成を示す図である。図1に示すように、第1の実施形態に係る2−2−1方式の多軸型コンバインドサイクル発電プラント1の運転様相は、図8と同様に、第1ユニットの第1のガスタービン710は定格100%出力を保持しており、第1の主蒸気nはF(t/h)の流量でありCRHアイソレーション弁722の開度は全開100%である。一方、第2ユニット800の第2のガスタービン810は出力が40%出力に低下して、第2の主蒸気kは1/2F(t/h)の流量に低下している。
(5)排出蒸気ヘッダ910に流入する排出蒸気の総流量は、主蒸気流量の合算値と等しく総流量が3/2F(t/h)なので、これを第1ユニット701と第2ユニット801の間で1:0.5に按分すると、第1ユニット701の第1の排出蒸気pはF(t/h)であり、第2ユニット801の第2の排出蒸気qは1/2F(t/h)である。
第1の実施形態は、2−2−1方式の多軸型コンバインドサイクル発電プラントへの制御方式の適用例を説明したが、ガスタービン3台と排熱回収ボイラ3台と蒸気タービン1台を組み合わせる3−3−1方式の多軸型コンバインドサイクル発電プラントに対しても第1の実施形態に係る制御方式を適用可能である。
続いて、図3を用いて、第1の実施形態の第2の変形例について説明する。図3は、第1の実施形態の第2の変形例に係るCRHアイソレーション弁822の弁開度と流量係数との特性の一例を示すグラフである。図3において、縦軸は流量係数(Cv値)であり、横軸は弁開度である。
続いて、第2の実施形態について説明する。第1の実施形態に係る多軸型コンバインドサイクル発電プラントでは、CRHアイソレーション弁(第1の弁)722が、第1の再熱器720の前に設けられ、第1の再熱器に流入する第1の排気蒸気の流量を調節し、CRHアイソレーション弁(第2の弁)822が、第2の再熱器820の前に設けられ、第2の再熱器820に流入する第2の排気蒸気の流量を調節した。それに対し、第2の実施形態に係る多軸型コンバインドサイクル発電プラントでは、CRHアイソレーション弁(第1の弁)732が、第1の再熱器720の後に設けられ、第1の再熱器720から排出される第1の再熱蒸気の流量を調節し、CRHアイソレーション弁(第2の弁)832が、第2の再熱器820の後に設けられ、第2の再熱器820から排出される第2の再熱蒸気の流量を調節する。
続いて、第3の実施形態について説明する。図5は、第3の実施形態に係る2-2-1方式の多軸型コンバインドサイクル発電プラント3の構成を示す図である。なお、図1と共通する要素には同一の符号を付し、その具体的な説明を省略する。図5に示すように、第3の実施形態における多軸型コンバインドサイクル発電プラント3の構成は、第1の実施形態における多軸型コンバインドサイクル発電プラント1の構成に対して、タービンバイパス弁723と823が追加され、高圧アイソレーション弁804の弁開度を計測する開度計819が追加され、制御装置300が制御装置400に変更されたものになっている。ここで、制御装置400は、弁制御部650を備える。
第2ユニットの故障などにより、やむなく第1ユニット700、701と蒸気タービン902、903のみ、即ち1−1−1方式のプラント構成で運用して、発電需要に応える運転様相をとることがある。本実施形態は、この運転様相から、第2ユニット800、801の修復がなされた後に第2ユニット800のガスタービン810を追加起動して2−2−1方式のコンバインドサイクル発電プラントの構成に復帰する(これを後発ユニット起動と呼ぶ)工程に、第1の実施形態に係る制御方式を応用する事例である。
1−1−1方式のプラント運転状態において、第1ユニット700の第1のガスタービン710は定格100%出力の運転である。そして、高圧アイソレーション弁704とCRHアイソレーション弁722は両弁ともに全開100%にあり、主蒸気nと第1の排出蒸気pにはそれぞれF(t/h)の流量が流れている。一方、第2ユニット800の第2のガスタービン810は停止している。そして、高圧アイソレーション弁804とCRHアイソレーション弁822は両弁ともに全閉しており、第1ユニット700、701の蒸気が第2ユニット800、801に流入することを防止している。このときに上述の電動弁のタイトシャット性が必要となる。
弁制御部650は、第1の実施形態における弁制御部600と比べて、決定部601が決定部651に変更され、制御部602が制御部652に変更されたものになっている。第2の実施形態における決定部651の構成は、第1の実施形態における決定部601の構成と比べてサンプルホールド部613、切替器617、判断部618、設定器620、比較器621、パルス発生器622、及びANDゲート623が追加された構成になっている。また、第2の実施形態における制御部652の構成は、第1の実施形態における制御部602の構成と比べて、ANDゲート619が追加され、比較器616が削除されたものになっている。
第2の主蒸気の高圧蒸気タービン902への蒸気の挿入が可能になった後、高圧アイソレーション弁804は開弁指令cにより開弁して主蒸気kは高圧蒸気ヘッダ908に送気され、加減弁901を通じて主蒸気kは高圧蒸気タービン902に挿入される。このとき、弁制御部650は、不図示の制御によりタービンバイパス弁823を強制的に閉弁操作することで、より効果的に主蒸気kを高圧蒸気ヘッダ908に送気することができる。
続いて、第3の実施形態の変形例について説明する。本変形例はいわゆるカスケードバイパス方式と呼ばれる2−2−1方式の多軸型コンバインドサイクル発電プラントの後発ユニット起動に係わる適用事例である。第3の実施形態では、弁制御部650は、高圧アイソレーション弁804が開弁する直前の第1の主蒸気と第2の主蒸気の流量比を挿入開始時主蒸気流量比sとして求めた。それに対して、本変形例では、弁制御部650は、高圧アイソレーション弁804が開弁する直前の、第1の排出蒸気pと第2の排出蒸気qの流量比を排出蒸気流量比として求めて記憶し、この記憶された排出蒸気流量比に応じて第1ユニット701と第2ユニット801との間の排出蒸気の流量を按分するように、CRHアイソレーション弁(第2の弁)822を調整する。
300、400 制御装置
600、650 弁制御部
601、651 決定部
602、652 制御部
610 除算器
612 移動時間平均演算器
613 サンプルホールド部
614 関数発生器
615、616、621 比較器
617 切替器
618 判断部
619、623 ANDゲート
620 設定器
622 パルス発生器
700、701 第1ユニット
800、801 第2ユニット
704 高圧アイソレーション弁
804 高圧アイソレーション弁(第3の弁)
710 第1のガスタービン
810 第2のガスタービン
711、811 排熱回収ボイラ
713、813 ドラム
716、816、905 発電機
717 第1の過熱器
817 第2の過熱器
718、728、818、828 計器
720 第1の再熱器
820 第2の再熱器
721、731、821、831 逆止弁
722 CRHアイソレーション弁(第1の弁)
822 CRHアイソレーション弁(第2の弁)
723、823 タービンバイパス弁
732、832 HRHアイソレーション弁
733、833 高圧タービンバイパス弁
734、834 低圧タービンバイパス弁
815、819、825 開度計
901 加減弁
902 高圧蒸気タービン(第1の蒸気タービン)
903 低圧蒸気タービン(第2の蒸気タービン)
904 車軸
908 高圧蒸気ヘッダ
910 排出蒸気ヘッダ
911 再熱蒸気ヘッダ
912 インターセプト弁
a、c 開弁指令
b パルス信号
d、j 開度信号
e、m 流量信号
g 挿入開始信号
h 主蒸気平均流量比
i 主蒸気流量比
k 第2の主蒸気
n 第1の主蒸気
p 第1の排出蒸気
q 第2の排出蒸気
r 目標開度
s 挿入開始時主蒸気流量比
t 修正主蒸気流量比
u 開度増指令
v、w 閉弁指令
y 第1の再熱蒸気
z 第2の再熱蒸気
Claims (7)
- 第1のガスタービンの排ガスを熱回収して第1の主蒸気を発生する第1の過熱器と、
第2のガスタービンの排ガスを熱回収して第2の主蒸気を発生する第2の過熱器と、
前記第1の主蒸気と前記第2の主蒸気が流入する第1の蒸気タービンと、
前記第1の蒸気タービンの排出蒸気が分流された第1の排出蒸気を加熱し第1の再熱蒸気を生成する第1の再熱器と、
前記第1の蒸気タービンの前記排出蒸気が分流された第2の排出蒸気を加熱し第2の再熱蒸気を生成する第2の再熱器と、
前記第1の再熱蒸気と前記第2の再熱蒸気とが合流した後に流入する第2の蒸気タービンと、
前記第1の再熱器に流入する前記第1の排出蒸気または前記第1の再熱器から排出される前記第1の再熱蒸気の流量を調節する第1の弁と、
前記第2の再熱器に流入する前記第2の排出蒸気または前記第2の再熱器から排出される前記第2の再熱蒸気の流量を調節する第2の弁と、
を備えるコンバインドサイクル発電プラントを制御するプラント制御装置であって、
前記第1の主蒸気の流量と前記第2の主蒸気の流量との流量比を用いて、前記第2の弁の目標流量係数を決定し、流量係数と前記第2の弁の弁開度との対応関係を用いて、前記第2の弁の目標流量係数に対応する前記第2の弁の目標開度を決定する決定部と、
前記決定された目標開度と前記第2の弁の弁開度とを比較し、比較結果に基づいて、前記第2の弁を制御する制御部と、
を備えるプラント制御装置。 - 前記第2の弁は、電動弁である
請求項1に記載のプラント制御装置。 - 前記決定部は、前記第1の主蒸気の流量と前記第2の主蒸気の流量との流量比の移動時間平均を主蒸気平均流量比として算出し、前記算出した主蒸気平均流量比と、前記第2の弁の弁開度と流量係数との対応関係とを用いて、前記第2の弁の目標開度を決定する
請求項1または2に記載のプラント制御装置。 - 前記決定部は、前記主蒸気平均流量比を用いて前記第2の弁の目標流量係数を決定し、前記対応関係において前記第2の弁の目標流量係数に対応する前記第2の弁の弁開度を前記第2の弁の目標開度として決定する
請求項3に記載のプラント制御装置。 - 前記第1の弁と前記第2の弁の間で、弁開度と流量係数との対応関係がほぼ同じであり、
前記決定部は、前記対応関係において前記第1の弁の弁開度に対応する流量係数を求め、前記求めた流量係数と前記主蒸気平均流量比とを用いて、前記第2の弁の目標流量係数を決定し、前記対応関係において前記第2の弁の目標流量係数に対応する前記第2の弁の弁開度を前記第2の弁の目標開度として決定する
請求項3に記載のプラント制御装置。 - 前記コンバインドサイクル発電プラントは、前記第2の過熱器と前記第1の蒸気タービンの間に設けられ、前記第2の主蒸気の流量を調節する第3の弁を更に備えており、
前記決定部は、前記第1の主蒸気のみが前記第1の蒸気タービンに流入している状態から、前記第3の弁を開いて前記第2の主蒸気を前記第1の蒸気タービンに供給する場合、前記第3の弁が規定の割合まで開く前は、前記第3の弁を開いたときにおける前記流量比と、前記第2の弁の弁開度と流量係数との対応関係とを用いて、前記第2の弁の目標開度を決定し、
前記第3の弁が前記規定の割合まで開いた後は、その時点における前記流量比と、前記第2の弁の弁開度と流量係数との対応関係とを用いて、前記第2の弁の目標開度を決定する
請求項1から5のいずれか一項に記載のプラント制御装置。 - 第1のガスタービンの排ガスを熱回収して第1の主蒸気を発生する第1の過熱器と、
第2のガスタービンの排ガスを熱回収して第2の主蒸気を発生する第2の過熱器と、
前記第1の主蒸気と前記第2の主蒸気が流入する第1の蒸気タービンと、
前記第1の蒸気タービンの排出蒸気が分流された第1の蒸気を加熱し第1の再熱蒸気を生成する第1の再熱器と、
前記第1の蒸気タービンの前記排出蒸気が分流された第2の蒸気を加熱し第2の再熱蒸気を生成する第2の再熱器と、
前記第1の再熱蒸気と前記第2の再熱蒸気とが合流した後に流入する第2の蒸気タービンと、
前記第1の再熱器に流入する前記第1の排出蒸気または前記第1の再熱器から排出される前記第1の再熱蒸気の流量を調節する第1の弁と、
前記第2の再熱器に流入する前記第2の排出蒸気または前記第2の再熱器から排出される前記第2の再熱蒸気の流量を調節する第2の弁と、
前記第1の主蒸気の流量を計測する第1の計器と、
前記第2の主蒸気の流量を計測する第2の計器と、
前記第2の弁の弁開度を計測する開度計と、
前記第1の計器により計測された第1の主蒸気の流量と前記第2の計器により計測された第2の主蒸気の流量との流量比を用いて、前記第2の弁の目標流量係数を決定し、流量係数と前記第2の弁の弁開度との対応関係を用いて、前記第2の弁の目標流量係数に対応する前記第2の弁の目標開度を決定する決定部と、
前記決定された目標開度と前記第2の弁の弁開度とを比較し、比較結果に基づいて、前記第2の弁を制御する制御部と、
を備えるコンバインドサイクル発電プラント。
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