JP6431364B2 - プラント制御装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、プラント制御装置に関する。

蒸気タービンの起動上、流入蒸気の温度上昇により、タービンロータ及びタービン車室には熱膨張が発生し、タービンロータの伸びとタービン車室伸びが発生する。タービンロータの伸びの熱膨張と、タービン車室の伸びの熱膨張には、各々の材質、形状等による差が発生するので、タービンロータの伸びとタービン車室伸びの差であるタービン伸び差が観測（監視）される。

昨今、蒸気タービンの熱効率向上や軸流排気復水器のためタービンの多段翼化により、火力発電プラントのタービンロータが長くなっている。そのような火力発電プラントにおいて、特にコールド状態からの従来のタービン起動方法では、流入蒸気のため熱膨張によってタービン伸び差が顕著になる。タービン伸び差が顕著になると、タービンロータがタービン車室と接触または衝突することによりタービン翼の損傷を招く恐れがある。それを回避するために、タービン伸び差が解消するまで、ヒートソーク運転（暖気運転）を長時間行うことを余儀なくされるので、蒸気タービンを高速に起動することが難しいという問題があった。

特開２００９−２８１２４８号公報 特開２０１２−５７５８５号公報 特開平６−１０１４１２号公報

本発明の実施形態が解決しようとする課題は、タービン翼の損傷を招くことなく蒸気タービンの起動時間を短縮することを可能とするプラント制御装置を提供することである。

一の実施形態によれば、プラント制御装置は、タービン車室と前記タービン車室内に回転自在に取り付けられたタービンロータとを有する蒸気タービンと、前記タービンロータの長軸方向の前記タービン車室の伸びを計測する車室伸び計測器と、前記蒸気タービンに流入する蒸気の温度を計測する流入蒸気温度センサと、前記タービンロータに連結された発電機と、を備えるタービンシステムを制御する。プラント制御装置は、前記タービン車室の伸びの計測値を用いて、前記タービンロータの伸びと前記タービン車室の伸びの差であるタービン伸び差が予め決められた管理伸び差に収まる蒸気温度を目標蒸気温度に決定し、前記蒸気の温度の計測値が前記目標蒸気温度に近づくように、前記蒸気タービンに流入する蒸気の温度を制御する制御部を備える。

第１の実施形態に係るタービンシステム１００の構成を示す図である。 タービンロータ３とタービン車室４の横断面図の一例である。 第１の実施形態に係るプラント制御装置１４の構成を示す図である。 第１の実施形態に係る目標蒸気温度の時間変化を説明するための図である。 第２の実施形態に係るタービンシステム２００の構成を示す図である。 第２の実施形態に係るプラント制御装置１４ｂの構成を示す図である。 蒸気タービン入口蒸気温度の時間変化が与えられたときの、最適蒸気温度の時間変化を示す図である。 第２の実施形態に係る目標蒸気温度の時間変化を説明するための図である。

（比較例）
まず、本実施形態について説明する前に、比較例に係る制御方法について説明する。図８は、比較例に係る制御の場合のタービン伸び差の時間変化を示す図の一例である。発電機負荷の時間変化及びタービン回転数の時間変化が図８に示すように与えられた場合、タービン伸び差の時間変化が図８に示すようになる。

ヒートソーク運転は、タービン寿命評価につながる熱応力低減に向けた運転である。このことに鑑みて比較例に係る制御では、タービン伸び差が管理伸び差を超えるような時間範囲（図８では、時間ｔ１から時間ｔ２までの間）を特定し、この特定した時間範囲ではヒートソーク運転を適用する。これにより、タービンロータがタービン車室と接触または衝突することを避けることができる。

（第１の実施形態）
このように、タービンロータとタービン車室との接触及び衝突を避けるために、タービン伸び差を管理伸び差以内に収まるようにする必要がある。そのために、熱膨張及び熱応力に影響を与えるタービンロータ及びタービン車室の温度上昇を制御するために、タービンロータ及びタービン車室に熱を与える流入蒸気の蒸気温度を制御する。

そこで、第１の実施形態におけるプラント制御装置は、流入蒸気の蒸気温度を制御するために、適切な流入蒸気温度（以下、目標蒸気温度という）を決定する。そして第１の実施形態におけるプラント制御装置は、タービン伸び差を予め決められた管理伸び差以内に収まるように蒸気タービンに流入する蒸気の温度を目標蒸気温度に近づくように制御する。これにより、蒸気タービンに流入する蒸気によるタービンロータ及びタービン車室の熱膨張を抑えてタービン伸び差を管理伸び差以内に収まるようにすることができる。その結果、ヒートソーク運転をしなくてもタービンロータとタービン車室との接触及び衝突を回避することができるので、タービン翼の損傷を招くことなく蒸気タービンの起動時間を短縮することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。第１の実施形態に係るタービンシステム１００は、ボイラを用いた火力発電プラントの一例である。まず、第１の実施形態に係るタービンシステム１００の構成について図１を用いて説明する。図１は、第１の実施形態に係るタービンシステム１００の構成を示す図である。図１に示すように、タービンシステム１００は、蒸気タービン１を備える。ここで、蒸気タービン１は、蒸気タービン１のタービン翼２４とともに蒸気の流路を形成するタービン車室４と、タービン車室４内に回転自在に取り付けられ且つ蒸気タービン１と蒸気タービン発電機２を同軸とするタービンロータ３と、を有する。

更に、タービンシステム１００は、タービンロータ３に連結された蒸気タービン発電機２と、蒸気タービン１への蒸気流量を調節する制御弁５とを備える。

更に、タービンシステム１００は、熱源であり熱交換を行うボイラ８と、ボイラ８から流出する蒸気を冷却する減温器６と、減温器６に冷却スプレーを行うスプレー弁７とを備える。

プラント制御装置１４は、プラントの状態量を監視し、プラントの状態から制御弁５、スプレー弁７などの制御弁を制御する。

続いて、図２を用いて、タービンロータ３とタービン車室４の構造を説明する。図２は、タービンロータ３とタービン車室４の横断面図の一例である。図２は、タービン車室４の第１及び第２部分４ａ、４ｂを示している。第２部分４ｂは、第１部分４ａの下流側に設けられている。図２は更に、第１部分４ａの上流側においてタービンロータ３に設けられたスラスト軸受２６と、第１部分４ａと第２部分４ｂとの間においてタービンロータ３に設けられたカラー２７とを示している。スラスト軸受２６は、タービンロータ３と車室４の位置を軸方向で固定するために設けられている。

車室４の第１部分４ａの上流側に連結された主蒸気管２１があり、主蒸気管２１上に流入蒸気温度センサ２２が設けられている。これにより、流入蒸気温度センサ２２は、蒸気タービンに流入する蒸気の温度を計測する。また、車室４の第２部分４ｂに、タービンロータ３の長軸方向のタービン車室４の伸びを計測する車室伸び計測器２３が設けられている。更に、車室４の第１部分４ａの下流側であってタービンロータ３の付近に、タービンロータ３と車室４との伸び差を計測する伸び差計測器２８が設けられている。具体的には、伸び差計測器２８からカラー２７に向けての電磁波照射により発生する渦電流の計測により、伸び差の計測が行われる。

なお、本実施形態のタービンロータ３の伸びは、車室伸び計測器２３により計測されたタービン車室４の伸びと、伸び差計測器２８により計測されたタービンロータ３と車室４との伸び差を利用して算出可能である。

続いて、図３を用いて、第１の実施形態に係るプラント制御装置１４の構成について説明する。図３は、プラント制御装置１４の構成を示す図である。プラント制御装置１４は、車室伸び取得部１４１と、流入蒸気温度取得部１４２と、決定部１４０と、制御部１６０とを備える。

車室伸び取得部１４１は、車室伸び計測器２３が計測して得られたタービン車室４の伸びの計測値を取得し、このタービン車室４の伸びの計測値を決定部１４０の後述する管理伸び差決定部１４３へ出力する。

流入蒸気温度取得部１４２は、流入蒸気温度センサ２２が計測して得られた蒸気の温度の計測値（流入蒸気温度という）を取得し、この流入蒸気温度を制御部１６０の後述するスプレー弁生成部１４７へ出力する。

決定部１４０は、タービン車室４の伸びの計測値を用いて、タービンロータ３の伸びとタービン車室４の伸びの差であるタービン伸び差が予め決められた管理伸び差に収まる蒸気温度を目標蒸気温度に決定する。その際、決定部１４０は、例えば、タービン車室４の伸びの計測値と、管理伸び差と、タービンロータ３を構成する材料の線膨張係数と、タービンロータ３の長さと、設計上のタービンロータ３の雰囲気温度とを用いて、タービン伸び差が予め決められた管理伸び差に収まるなかで最大の蒸気温度を目標蒸気温度に決定する。

制御部１６０は蒸気の温度の計測値が目標蒸気温度に近づくように、蒸気タービン１に流入する蒸気の温度を制御する。具体的な制御としては、例えば、制御部１６０は、蒸気の温度の計測値が目標蒸気温度に近づくように、スプレー弁７の開度を制御する。更に、制御部１６０は、例えば、蒸気の温度の計測値が目標蒸気温度に近づくように、更にボイラの燃焼量を制御する。

ここで、決定部１４０は、管理伸び差決定部１４３と、最適ロータメタル温度決定部１４４と、最適蒸気温度決定部１４５と、中間値選択部１４６と、スプレー弁制御部１４７とを備える。

管理伸び差決定部１４３は、タービン伸び差を管理するため、タービン伸び差に対し、タービン翼２４とタービン車室の間隙（図２参照）を考慮し、タービンロータ３の伸びの最適値を決定する。

具体的には管理伸び差決定部１４３は、タービン伸び差の管理値である管理伸び差（例えば、１２ｍｍとする）に、タービン車室４の伸びの計測値を加算することにより、タービンロータ３の伸びの最適値（以下、最適ロータ伸びという）を決定する。ここで、タービン車室４の伸びはタービン起動方法の影響を受けにくく、タービン起動時間経過に対してゆっくりとした変化になると推定されるため、基準とすることは有効である。

最適ロータメタル温度決定部１４４は、この最適ロータ伸びに対し、タービンロータ３の設計長さ（例えば、８６００ｍｍ）とタービンロータを構成する材料の線膨張係数（例えば１．５×１０^−５［１／Ｋ］）で割ることにより、最適タービンロータ温度上昇を算出する。この最適タービンロータ温度上昇は設計上のタービンロータ３の雰囲気温度（例えば、２０℃）からの温度上昇である。よって、最適ロータメタル温度決定部１４４は、この最適タービンロータ温度上昇にタービンロータ３の雰囲気温度を加算することにより、最適ロータメタル温度を算出する。

更に、最適蒸気温度決定部１４５は、最適ロータメタル温度に、蒸気温度バイアス補正値（例えば１００℃）を加算することにより、タービン伸び差の管理値を規定したときの最適蒸気温度を決定する。例えば、タービン車室伸び４０ｍｍのとき、最適蒸気温度５２３℃に決定される。

中間値選択部１４６は、決定した最適蒸気温度と、タービンロータ３のメタル温度が許容し得る最大温度（最高ロータメタル温度ともいう）になるときの蒸気温度である最高蒸気温度（設定値）と、ボイラ８出口の飽和蒸気温度（設定値）との中間値を目標蒸気温度として選択する。図４は、第１の実施形態に係る目標蒸気温度の時間変化を説明するための図である。中間値選択部１４６の中間値選択は、目標蒸気温度の上限を、最高ロータメタル温度による最高蒸気温度とし、目標蒸気温度の下限をボイラ８出口の飽和蒸気温度とすることを意味する。例えば、図４に示す最適蒸気温度のうち、最高ロータメタル温度による最高蒸気温度を上限とし、ボイラ８出口の飽和蒸気温度を下限とする範囲で、最適蒸気温度が目標蒸気温度として選択される。そして、中間値選択部１４６は、選択した目標蒸気温度をスプレー弁制御部１４７へ出力する。

このように、決定部１４０は、目標蒸気温度を、予め設定されたボイラ８の出口の飽和蒸気以上、タービンロータのメタル温度が許容し得る最大温度になるときの蒸気温度である最高蒸気温度以下になるように決定する。

減温器による蒸気温度制御を行うにあたり、ガスタービン起動後の蒸気タービン起動においてヒートソーク運転を行い、蒸気タービン入口蒸気温度、タービン車室伸び、タービン伸び差、タービン回転数、タービン発電機負荷等の実績カーブを予め採取しておく必要がある。図４に示すように、蒸気タービン入口蒸気温度は、蒸気タービン１の起動時にタービン翼２４、タービンロータ３及びタービン車室４に対し熱吸収が行われるため、一旦、下がるが再び上昇する。

図４に示すように、蒸気タービン入口蒸気温度の時間変化が与えられると、車室伸びが図４に示すように時間変化する。車室伸びは、タービン起動方法に影響を受けにくいため、ゆっくりとした上昇になる。図４に示す車室伸びに対して、固定値である管理伸び差を加算することで図４に示す最適ロータ伸びの時間変化が得られる。そして、得られた最適ロータ伸びの時間変化に対して、タービンロータ３の設計長さとタービンロータ３を構成する材料の線膨張係数で割り、タービンロータ３の雰囲気温度を加算されることにより、図４に示す最適ロータメタル温度の時間変化が得られる。そして、得られた最適ロータメタル温度の時間変化に蒸気温度バイアス補正値が加算されることにより、図４に示す最適蒸気温度の時間変化が得られる。

このように、図４に示すように、管理伸び差を規定すれば、時間的にゆっくりとした上昇になるタービン車室伸びに対して、同様に時間的にゆっくりとした上昇になる最適蒸気温度が得られる。よって、タービン伸び差を固定値と規定することで、最適蒸気温度がゆっくりと上昇する。

スプレー弁制御部１４７は、流入蒸気温度取得部１４２から入力された流入蒸気温度が、中間値選択部１４６から入力された目標蒸気温度に近づくように、スプレー弁７の開度を制御する。例えば、スプレー弁制御部１４７は、流入蒸気温度と目標蒸気温度の差分が０になるようにフィードバック制御する。

これにより、タービンロータ３の伸び及びタービン車室４の伸びの熱膨張に直接影響を与える蒸気タービン１への流入蒸気の蒸気温度を、目標蒸気温度に近づけることができる。このため、流入蒸気によるタービンロータ３及びタービン車室４の熱膨張により発生するタービン伸び差を管理伸び差以内に収めることができる。これにより、ヒートソーク運転をしなくても、タービンロータ３とタービン車室４との接触または衝突を回避することができるので、タービン翼２４の損傷を招かない。また、ヒートソーク運転をする必要がなくなるので、蒸気タービン１の起動を短縮することができる。従って、タービン翼２４の損傷を招くことなく蒸気タービン１の起動時間を短縮することができる。

例えば、従来のプラント起動実績の例で、蒸気タービンの起動から発電機負荷定格運転まで３時間３０分要し、その起動時間の中でタービン伸び差が管理伸び差以上になっている時間帯が１時間あるようなプラントがあると仮定する。そのプラントに対し、本実施形態におけるプラント制御装置１４で制御することにより、タービン伸び差が管理伸び値以上になる時間帯が解消されることにより、１時間の起動時間の短縮を達成することができる。

以上、第１の実施形態に係るプラント制御装置１４は、タービン車室４とタービン車室内に回転自在に取り付けられたタービンロータ３とを有する蒸気タービンと、タービンロータ３の長軸方向のタービン車室の伸びを計測する車室伸び計測器２３と、蒸気タービン２に流入する蒸気の温度を計測する流入蒸気温度センサ２２と、タービンロータ３に連結された発電機２と、を備えるタービンシステム１００を制御する。

決定部１４０は、タービン車室４の伸びの計測値を用いて、タービンロータ３の伸びとタービン車室４の伸びの差であるタービン伸び差が予め決められた管理伸び差に収まる蒸気温度を目標蒸気温度に決定する。そして、制御部１６０は、蒸気の温度の計測値が目標蒸気温度に近づくように、蒸気タービンに流入する蒸気の温度を制御する。

これにより、蒸気タービン１への流入蒸気の蒸気温度を、目標蒸気温度に近づけることができる。このため、タービンロータ３のメタル温度が最適ロータメタル温度に近づき、タービンロータ３の伸びが最適ロータ伸びに近づく。それによって、流入蒸気によるタービンロータ３及びタービン車室４の熱膨張により発生するタービン伸び差を管理伸び差以内に収めることができる。これにより、ヒートソーク運転をしなくても、タービンロータ３とタービン車室４との接触または衝突を回避することができるので、タービン翼２４の損傷を招かない。また、ヒートソーク運転をする必要がなくなるので、蒸気タービン１の起動を短縮することができる。従って、第１の実施形態によれば、タービン翼２４の損傷を招くことなく蒸気タービン１の起動時間を短縮することができる。

なお、制御部１６０は、最適蒸気温度選択回路を更に備え、最適蒸気温度選択回路が、ヒートソーク運転の適用と、上述したスプレー弁７の開度制御とを切り替えるようにしてもよい。

（第２の実施形態）
続いて、第２の実施形態について説明する。第１の実施形態に係るタービンシステム１００は、ボイラを用いた火力発電プラントの一例であり、ボイラからの蒸気を用いて蒸気タービンを運転し、プラント制御装置１４は、スプレー弁の開度を制御した。それに対し、第２の実施形態に係るタービンシステム２００は、コンバインドサイクルシステム（多軸型）の一例である。第２の実施形態に係るタービンシステム２００は、ガスタービンの排ガスを用いて発生された蒸気を用いて蒸気タービンを運転し、プラント制御装置１４ｂは、スプレー弁の開度だけでなく、空気圧縮機に供給する空気量を調節する入力案内翼も制御する。

まず、図５を用いて第２の実施形態に係るタービンシステム２００の構成について説明する。図５は、第２の実施形態に係るタービンシステム２００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。第２の実施形態におけるタービンシステム２００の構成は、第１の実施形態におけるタービンシステム１００の構成に対して、ボイラ８が削除され、ガスタービン１０の排ガスを熱源とし蒸気タービン１への流入蒸気を発生する二つの排ガス熱回収ボイラ９、二つのガスタービン１０、ガスタービン９における燃焼のための空気を圧縮する二つの空気圧縮機１１、ガスタービン発電機１２、空気圧縮機に供給する空気量を調節する二つの入力案内翼（Inlet Guide Vane：ＩＧＶ）１３、及びガスタービンの排ガスの温度を計測する排ガス温度センサ２５が追加された構成になっている。

プラント制御装置１４ｂは、プラントの状態量を監視し、プラントの状態から制御弁５、スプレー弁７、及び入力案内翼１３を制御する。例えば、プラント制御装置１４ｂは、タービン伸び差が管理伸び差以内に収まるように、蒸気温度制御が可能な減温器に冷却スプレーを行うスプレー弁７の開度を制御し、且つ排ガス温度制御を行うための入力案内翼１３の開度を制御する。

続いて、図６を用いて第２の実施形態に係るプラント制御装置１４ｂの構成について説明する。図６は、第２の実施形態に係るプラント制御装置１４ｂの構成を示す図である。なお、図３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。第２の実施形態におけるプラント制御装置１４ｂの構成は、第１の実施形態におけるプラント制御装置１４の構成に対して、決定部１４０が決定部１４０ｂに変更され、制御部１６０が制御部１６０ｂに変更され、排ガス温度取得部１４９が追加されたものになっている。

決定部１４０ｂが、タービン車室４の伸びの計測値を用いて、タービンロータ３の伸びとタービン車室４の伸びの差であるタービン伸び差が予め決められた管理伸び差に収まる蒸気温度を目標蒸気温度に決定する点については、第１の実施形態の決定部１４０と共通している。

また、制御部１６０ｂが、蒸気の温度の計測値が目標蒸気温度に近づくように、蒸気タービン１に流入する蒸気の温度を制御する点については、第１の実施形態の制御部１６０と共通している。具体的には、制御部１６０ｂが、蒸気の温度の計測値が目標蒸気温度に近づくように、スプレー弁７の開度を制御する点については、第１の実施形態の制御部１６０と共通している。

それに加えて、第２の実施形態に係る制御部１６０ｂは、目標蒸気温度に基づいて排ガス温度目標値を決定し、排ガス温度の計測値が排ガス温度目標値に近づくように、入力案内翼１３の開度も制御する。このように、入力案内翼１３の開度を制御することにより、排ガス熱回収ボイラ９による熱交換量を調節することができ、排ガス熱回収ボイラ９からの蒸気温度を調節することができる。

具体的な制御の一例としては、制御部１６０ｂは、例えば、蒸気の温度の計測値が目標蒸気温度に近づき且つ蒸気の温度の計測値が目標蒸気温度に近づくように、スプレー弁７の開度制御のタイミングと入力案内翼１３の開度制御のタイミングとをスケジュール化する。そして、制御部１６０ｂは、例えば、このスケジュールに従って、スプレー弁７の開度及び入力案内翼１３の開度を制御する。これにより、ヒートソーク運転をしなくても、タービンロータ３とタービン車室４との接触または衝突を回避することができるので、タービン翼２４の損傷を招かない。また、ヒートソーク運転をする必要がなくなるので、蒸気タービン１の起動を短縮することができる。従って、タービン翼２４の損傷を招くことなく蒸気タービン１の起動時間を短縮することができる。

図６に示すように、第２の実施形態における決定部１４０ｂの構成は、第１の実施形態における決定部１４０の構成に対して、中間値選択部１４６が中間値選択部１４６ｂに変更されたものに成っている。また、第２の実施形態における制御部１６０ｂの構成は、第１の実施形態における制御部１６０の構成に対して、補正部１４８及びＩＧＶ制御部１５０が追加されたものになっている。

中間値選択部１４６ｂは、決定された最適蒸気温度と、タービンロータのメタル温度が最高ロータメタル温度になるときの蒸気温度である最高蒸気温度（設定値）と、排ガス熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）９出口の飽和蒸気温度（設定値）との中間値を目標蒸気温度として選択する。

図７は、第２の実施形態に係る目標蒸気温度の時間変化を説明するための図である。中間値選択部１４６の中間値選択は、目標蒸気温度の上限を、最高ロータメタル温度による最高蒸気温度とし、目標蒸気温度の下限を排ガス熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）９出口の飽和蒸気温度とすることを意味する。具体的には、図７に示す最適蒸気温度のうち、最高ロータメタル温度による最高蒸気温度を上限とし、排ガス熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）９出口の飽和蒸気温度を下限とする範囲で、最適蒸気温度が目標蒸気温度として選択される。そして、中間値選択部１４６ｂは、選択した目標蒸気温度をスプレー弁制御部１４７と補正部１４８へ出力する。

このように、決定部１４０ｂは、目標蒸気温度を、予め設定された排ガス熱回収ボイラ９の出口の飽和蒸気以上、タービンロータ３のメタル温度が許容し得る最大温度になるときの蒸気温度である最高蒸気温度以下になるように決定する。

補正部１４８は、中間値選択部１４６から入力された目標蒸気温度に、予め設定された排ガス温度バイアス補正値を加算することにより、排ガス温度目標値を決定する。

排ガス温度取得部１４９は、排ガス温度の計測値を排ガス温度センサ２５から取得し、取得した排ガス温度の計測値をＩＧＶ制御部１５０へ出力する。

ＩＧＶ制御部１５０は、排ガス温度の計測値が排ガス温度目標値に近づくように、入力案内翼１３の開度を制御する。例えば、ＩＧＶ制御部１５０は、排ガス温度の計測値と排ガス温度目標値の差分が０になるように、入力案内翼１３の開度をフィードバック制御する。

以上、第２の実施形態に係るタービンシステム２００は、ガスタービン１０と、ガスタービン１０における燃焼のための空気を圧縮する空気圧縮機１１と、空気圧縮機１０に供給する空気量を調節する入力案内翼１３と、ガスタービン発電機１２と、ガスタービン１０の排ガスを用いて蒸気タービン１へ供給する蒸気を発生する排ガス熱回収ボイラ９と、ガスタービン１０の排ガスの温度を計測する排ガス温度センサ２５とを備える。

そして、プラント制御装置１４ｂの制御部１６０ｂは、目標蒸気温度に基づいて排ガス温度目標値を決定し、排ガス温度の計測値が排ガス温度目標値に近づくように、入力案内翼１３の開度を制御する。また、プラント制御装置１４ｂの制御部１６０ｂは、蒸気の温度の計測値が目標蒸気温度に近づくように、更にスプレー弁の開度を制御する。

これにより、排ガス温度を、排ガス温度目標値に近づけることができる。また、蒸気タービン１への流入蒸気の蒸気温度を、目標蒸気温度に近づけることができる。このため、タービンロータ３のメタル温度が最適ロータメタル温度に近づき、タービンロータ３の伸びが最適ロータ伸びに近づく。それによって、流入蒸気によるタービンロータ３及びタービン車室４の熱膨張により発生するタービン伸び差を管理伸び差以内に収めることができる。これにより、ヒートソーク運転をしなくても、タービンロータ３とタービン車室４との接触または衝突を回避することができるので、タービン翼２４の損傷を招かない。また、ヒートソーク運転をする必要がなくなるので、蒸気タービン１の起動を短縮することができる。従って、第２の実施形態によれば、タービン翼２４の損傷を招くことなく蒸気タービン１の起動時間を短縮することができる。

なお、制御部１６０ｂは、最適蒸気温度選択回路を更に備え、最適蒸気温度選択回路がヒートソーク運転の適用と、上述したスプレー弁７の開度制御及び入力案内翼１３の開度制御とを切り替えるようにしてもよい。

以上、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、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１００ タービンシステム
１ 蒸気タービン
２ 蒸気タービン発電機
３ タービンロータ
４ タービン車室
５ 制御弁
６ 減温器
７ スプレー弁
８ ボイラ
９ 排ガス熱回収ボイラ
１０ ガスタービン
１１ 空気圧縮機
１２ ガスタービン発電機
１３ 入力案内翼
１４、１４ｂ プラント制御装置
２１ 主蒸気管
２２ 流入蒸気温度センサ
２３ 車室伸び計測器
２４ タービン翼
２５ 排ガス温度センサ
２６ スラスト軸受
２７ カラー
２８ 伸び差計測器
１４０、１４０ｂ 決定部
１４１ 車室伸び取得部
１４２ 流入蒸気温度取得部
１４３ 管理伸び差決定部
１４４ 最適ロータメタル温度決定部
１４５ 最適蒸気温度決定部
１４６、１４６ｂ 中間値選択部
１４７ スプレー弁制御部
１４８ 補正部
１４９ 排ガス温度取得部
１５０ ＩＧＶ制御部
１６０、１６０ｂ 制御部

Claims (8)

1. タービン車室と前記タービン車室内に回転自在に取り付けられたタービンロータとを有する蒸気タービンと、前記タービンロータの長軸方向の前記タービン車室の伸びを計測する車室伸び計測器と、前記蒸気タービンに流入する蒸気の温度を計測する流入蒸気温度センサと、前記タービンロータに連結された発電機と、を備えるタービンシステムを制御するプラント制御装置であって、
   前記タービン車室の伸びの計測値を用いて、前記タービンロータの伸びと前記タービン車室の伸びの差であるタービン伸び差が予め決められた管理伸び差に収まる蒸気温度を目標蒸気温度に決定する決定部と、
   前記蒸気の温度の計測値が前記目標蒸気温度に近づくように、前記蒸気タービンに流入する蒸気の温度を制御する制御部と、
   を備えるプラント制御装置。
2. 前記決定部は、前記タービン車室の伸びの計測値と、前記管理伸び差と、前記タービンロータを構成する材料の線膨張係数と、前記タービンロータの長さと、設計上の前記タービンロータの雰囲気温度とを用いて、前記タービン伸び差が予め決められた管理伸び差に収まるなかで最大の蒸気温度を前記目標蒸気温度に決定する
   請求項１に記載のプラント制御装置。
3. 前記タービンシステムは、熱源であるボイラと、前記ボイラから流出する蒸気を冷却する減温器と、前記減温器に冷却スプレーを行うスプレー弁とを更に備え、
   前記制御部は、前記蒸気の温度の計測値が前記目標蒸気温度に近づくように、前記スプレー弁の開度を制御する
   請求項１または２に記載のプラント制御装置。
4. 前記制御部は、前記蒸気の温度の計測値が前記目標蒸気温度に近づくように、更に前記ボイラの燃焼量を制御する
   請求項３に記載のプラント制御装置。
5. 前記タービンシステムは、熱源であるボイラを更に備え、
   前記決定部は、前記目標蒸気温度を、予め設定された前記ボイラの出口の飽和蒸気以上、前記タービンロータのメタル温度が許容し得る最大温度になるときの蒸気温度である最高蒸気温度以下になるように決定する
   請求項１から４のいずれか一項に記載の制御装置。
6. 前記タービンシステムは、ガスタービンと、前記ガスタービンにおける燃焼のための空気を圧縮する空気圧縮機と、前記空気圧縮機に供給する空気量を調節する入力案内翼と、ガスタービン発電機と、前記ガスタービンの排ガスを用いて前記蒸気タービンへ供給する蒸気を発生する排ガス熱回収ボイラと、前記ガスタービンの排ガスの温度を計測する排ガス温度センサとを更に備え、
   前記制御部は、前記目標蒸気温度に基づいて前記排ガスの温度の目標値を決定し、前記排ガスの温度の計測値が前記排ガスの温度の目標値に近づくように、前記入力案内翼の開度を制御する
   請求項１または２に記載のプラント制御装置。
7. 前記排ガス熱回収ボイラから流出する蒸気を冷却する減温器と、前記減温器に冷却スプレーを行うスプレー弁とを更に備え、
   前記制御部は、前記蒸気の温度の計測値が前記目標蒸気温度に近づくように、更に前記スプレー弁の開度を制御する
   請求項６に記載のプラント制御装置。
8. 前記決定部は、前記目標蒸気温度を、予め設定された前記排ガス熱回収ボイラの出口の飽和蒸気以上、前記タービンロータのメタル温度が許容し得る最大温度になるときの蒸気温度である最高蒸気温度以下になるように決定する
   請求項６または７に記載の制御装置。

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