JPH02286804A - 複合サイクル発電プラントの蒸気タービン制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、ガスタービン軸と蒸気タービン軸とが別軸構
成となっている多軸型複合サイクル発電プラントの蒸気
タービン制御装置に係り、特に排熱回収ボイラのドラム
圧低下に伴なうウォータインダクション現象を防止する
ことができる蒸気タービン制御装置に関する。

（従来の技術） 近年、ガスタービンと蒸気タービンとを組合わせたガス
タービン−蒸気タービン複合サイクル発電が、従来の蒸
気サイクル発電よりも効率の高い発電方式として注目さ
れている。

この発電方式は、ガスタービン、排熱回収ボイラおよび
蒸気タービンを主要構成要素としているため、プラント
の効率運用および容易な運転を可能とするには、前記各
機器の特性を生かした制御方式を採ることが必要である
。特に、起動回数の多いプラントにおいては、起動時に
おける効率を高める必要がある。

第２図ないし第５図は、多軸型複合サイクル発電プラン
トにおける従来の蒸気タービン制御装置を示すもので、
このプラントは、第２図に示すように、ガスタービン１
から出た排ガスを、排熱回収ボイラ２に導き、その高圧
ドラム３および低圧ドラム４で高圧蒸気および低圧蒸気
を発生させ、これら各蒸気を、ガスタービン１とは別軸
の蒸気タービン５に、高圧蒸気加減弁６および低圧蒸気
加減弁７を介し供給して発電するものである。

ところで、高圧蒸気加減弁６は、高圧ドラム３の温度が
所定の温度に達した後に開かれ、蒸気タービン５が昇速
しで定格回転数に達した後に俳人操作が行なわれる。そ
して、必要に応じ蒸気タービン５の暖機後、高圧蒸気加
減弁６は、一定のレートでその開度を上昇させて全開と
なる。高圧バイパス弁８は、蒸気タービン５に流入する
蒸気が増加するに従ってその開度を減じ、やがて全開と
なる。高圧バイパス弁８が全閉した後、高圧ドラム３の
圧力は、ガスタービン１側の負荷上昇とともに上昇し、
蒸気圧が上昇する。

なお、低圧バイパス弁９も高圧バイパス弁８と同様に動
作し、また、蒸気タービン５には、別軸排熱回収ボイラ
１０からも蒸気が供給される。また、各バイパス弁８．
９を通った蒸気は、コンデンサ１１に導かれる。

第３図は、蒸気タービン５の高圧蒸気加減弁６の弁位置
制御ブロック図を示すもので、蒸気タービン５の起動後
は、蒸気タービン回転数１２と回転数設定器１３からの
信号とが、加算器１４で加えられ、その偏差信号が、定
数掛算器１５、加算器１６、低位優先回路１７を介し開
度信号として高圧蒸気加減弁油筒１８に加えられ、所定
の回転数上昇を行なう。タービン併入後は、負荷設定器
１９にて初負荷保持された後、負荷設定器１９は全開と
なる。

一方、高圧蒸気加減弁開度設定器２０からは、初負荷保
持後、ある定められたレートで増加する信号が出力され
るが、この高圧蒸気加減弁開度設定器２０は、高圧ドラ
ム実圧力２１と、圧力設定器２２からの信号に若干の信
号２３を加えたものとを加算器２４で加算し、その偏差
が負となった際に増加信号を保持するようになっている
。なお、第３図において、符号２５は負荷制限器である
。

以上の構成を有する従来の多軸型複合サイクル発電プラ
ントの蒸気タービン制御装置において、その起動は、ま
ずガスタービン１が起動され、その排熱で排熱回収ボイ
ラ２の暖機が行なわれる。

この暖機により、排熱回収ボイラ２の高圧ドラム３およ
び低圧ドラム４は、その発生蒸気圧、温度を徐々に上げ
てゆき、発生蒸気が安定したところで、まず高圧蒸気加
減弁６が開いて蒸気が蒸気タービン５に流入する。この
間、各ドラム３．４で発生した蒸気は、高圧バイパス弁
８および低圧バイパス弁９により、蒸気タービン５をバ
イパスしてコンデンサ１１に流れる。

排熱回収ボイラ２の各ドラム３．４が安定に蒸気を発生
し出すと、各バイパス弁８．９が全閉し、蒸気タービン
５には、各ドラム３．４での蒸気発生量に見合った蒸気
が流入するが、蒸気タービン５での発電効率を高める目
的で、各蒸気加減弁６゜７を全開とした変圧モードでの
運転が採用される。

すなわち、蒸気タービン５の起動および負荷上昇時に、
各蒸気加減弁６，７により絞り損失を少なくするため、
各蒸気加減弁６，７を早い時期に全開とし、その後、各
ドラム３，４の圧力上昇に従って、蒸気タービン５の負
荷上昇を行なう。

第４図は、蒸気タービン５の起動時における高圧蒸気加
減弁６の開度、高圧ドラム３の圧力および高圧バイパス
弁８の開度の関係を示すグラフである。

排熱回収ボイラ２の暖機により高圧ドラム３の圧力が設
定の圧力となると、高圧バイパス弁８の開度が徐々に上
昇する。これは、高圧蒸気加減弁６の開度がある一定レ
ートで開かれた場合に、蒸気タービン５へ流入する蒸気
が増加し、高圧ドラム３の圧力が、安定に蒸気を発生す
ることができなくなる位まで降下してしまうといった不
具合を防止するためである。そして特に、複数個のガス
タービン５および排熱回収ボイラ２を運転し、それらの
発生蒸気で蒸気タービン５を運転する場合に、排熱回収
ボイラ２のドラム発生蒸気量と蒸気タービン５への流入
蒸気量との間にミスマツチかあった場合に有効に作用す
る。第５図は、その状態を示す。

（発明が解決しようとする課題） 前記従来の複合サイクル発電プラントの蒸気タービン制
御装置においては、前述のように、ガスタービン１の負
荷上昇に伴ない高圧ドラム３から出る蒸気量と、蒸気タ
ービン５の負荷上昇に伴なう吸込み蒸気量とのミスマツ
チは、修正することができるが、ガスタービン１の排気
温度制限等によりガスタービン１の出力が制限され、排
熱回収ボイラ２の高圧ドラム３から蒸気量が急変した場
合、あるいは、複数のガスタービン１、排熱回収ボイラ
２，１０が運転されていて、そのうちの１台のガスター
ビン１がトリップし、蒸気タービン５に供給できる蒸気
量が急激に減少した場合には、高圧ドラム３の圧力が急
激に減少することになる。

そして、高圧ドラム３の圧力が急減すると、ドラム水位
が上昇し、水を蒸気タービン５ヘキヤリーオーバし、ウ
ォータインダクション（タービンへの水の流入）等を引
き起こし、蒸気タービン５に重大な損傷を与えるおそれ
がある。

本発明は、このような点を考慮してなされたもので、排
熱回収ボイラのドラム圧が急減した場合でも、ウォータ
インダクション等による蒸気タービンの損傷を有効に防
止することができる複合サイクル発電プラントの蒸気タ
ービン制御装置を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は、前記目的を達成する手段として、ガスタービ
ンと、ガスタービンからの排ガスによりドラムで蒸気を
発生させる排熱回収ボイラと、前記ドラムで発生した蒸
気が蒸気加減弁を介して供給される蒸気タービンとを備
え、ガスタービン軸と蒸気タービン軸とが、別軸構成と
なっている複合サイクル発電プラントにおいて、前記ド
ラムの圧力を常時検出するドラム圧検出手段と、ドラム
圧の最高値を保持する保持手段と、これら両手段からの
信号を比較しその値が一定値を下廻った際に蒸気加減弁
の開度を制限する弁開度制限手段とをそれぞれ設けるよ
うにしたことを特徴とする。

（作　用） 本発明に係る複合サイクル発電プラントの蒸気タービン
制御装置においては、排熱回収ボイラのドラム圧力が急
減した際に、蒸気加減弁の開度が制限され、蒸気タービ
ンへ流入する蒸気量が減少する。これにより、ドラム圧
力の低下が抑制され、ウォータインダクション等による
蒸気タービンの損傷が防止される。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を第１図を参照して説明する。

なお、本発明は、蒸気タービン制御装置にのみ特徴を有
し、複合サイクル発電プラントについては、第２図に示
す従来のプラントと同一構成となっているので、以下こ
の特徴部分についてのみ図示説明する。

第１図は、多軸型複合サイクル発電プラントにおける高
圧蒸気加減弁の弁位置制御ブロック図を示すもので、蒸
気タービン５は、その起動後、蒸気タービン回転数１２
の信号と回転数設定器１３からの信号とが加算器１４に
入力され、その偏差信号が、定数掛算器１５、加算器１
６および低位優先回路１７を介し開度信号として高圧蒸
気加減弁油筒１８に与えられることより、所定の回転数
上昇が行なわれるようになっている。また、タービン併
入後は、負荷設定器１９により初負荷設定された後、負
荷設定器１９は全開となるようになっている。

一方、高圧蒸気加減弁開度設定器２０からは、初負荷保
持後、ある定められたレートで増加する信号が出力され
るようになっており、この信号は、第１図に示すように
、後述する掛算器３０において関数発生器３１からの信
号と掛算された後、低位優先回路１７に人力されるよう
になっている。

なお、高圧蒸気加減弁開度設定器２０は、第３図に示す
従来装置の場合と同様、高圧ドラム実圧力２１の信号と
圧力設定器２２からの信号に若干の信号２３を加えた信
号とを加算器２４に入力し、その偏差が負となった際に
増加信号を保持するようになっている。

一方、関数発生器３１には、第１図に示すように、前記
高圧ドラム実圧力２１の信号と最大値保持回路３２から
の信号との割算を行なう割算器３３からの出力信号が入
力されるようになっている。

すなわち、高圧ドラム実圧力２１の信号は、第１図に示
すように最大値保持回路３２に當時入力されるようにな
っており、最大値保持回路３２は、高圧ドラム圧力の最
大値を保持するようになっている。前記高圧ドラム実圧
力２１の信号はまた、第１図に示すように割算器３３に
入力され、最大値保持回路３２からの出力信号で割算さ
れるようになっている。そして、その割算結果が、割算
器３３の出力信号として関数発生器３１に人力されるよ
うになっている。

この関数発生器３１は、第１図に示すように、例えば＾
圧ドラム実圧力２１がその最大値の９０％より減少する
と信号を絞り始め、８０％で零となる信号を発生させる
ようになっており、この信号は、掛算器３０で高圧蒸気
加減弁開度設定器２０からの信号と掛は合わされた後、
低位優先回路１７に入力されるようになっている。

なお、第１図において、符号２５は負荷制限器であり、
その出力信号は、低位優先回路１７に入力されるように
なっている。

次に、本実施例の作用について説明する。

蒸気タービン５の負荷上昇中に、高圧ドラム圧力がその
最大値の９０％に減じると、関数発生器３１からの出力
信号により、高圧蒸気加減弁６の開度が絞られ始め、さ
らに高圧ドラム圧力が低下するに従って高圧蒸気加減弁
６の開度が減少し、高圧ドラム圧力がその最大値の８０
％まで減じると、高圧蒸気加減弁６の開度は零となる。

高圧蒸気加減弁６の開度が減少すると、高圧ドラム圧力
は復帰し、発生蒸気圧が所定の圧力まで上昇する。これ
は、高圧ドラム圧力がいかなる値を取っていても前記関
係が成立することになり、蒸気タービン負荷上昇中に、
高圧ドラム圧力が急減しても、速やかにそれを補正し、
ドラム水のキャリーオーバを防止することになる。これ
は、高圧ドラム圧力が定格圧力となった状態でも成立す
る。

このように本実施例によれば、ウォータインダクシコン
等による蒸気タービンの損傷を有効に防止することがで
きる。

なお、前記実施例では、高圧蒸気加減弁６の制御につい
て説明したが、低圧蒸気加減弁７についても同様に適用
でき、同様の効果が期待できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、排熱回収ボイラのドラム
圧力が急減した際に、蒸気加減弁の開度を制限して蒸気
タービンへ流入する蒸気量を減少させるようにしている
ので、ドラム圧力の低下が抑制されてウォータインダク
ション等による蒸気タービンの損傷を防止することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る複合サイクル発電プラ
ントの蒸気タービン制御装置を示すブロック図、第２図
は多軸型複合サイクル発電プラントの構成図、第３図は
従来の複合サイクル発電プラントにおける蒸気タービン
制御装置を示すブロック図、第４図は蒸気タービン起動
時の高圧蒸気加減弁開度、高圧ドラム圧力および高圧バ
イパス弁開度の関係を示すグラフ、第５図は蒸気タービ
ン起動時に高圧ドラム発生蒸気量と蒸気タービン吸込み
量とのミスマツチが生じた場合における第４図と同様の
関係を示すグラフである。 １・・・ガスタービン、２・・・排熱回収ボイラ、３・
・・高圧ドラム、４・・・低圧ドラム、５・・・蒸気タ
ービン、６・・・高圧蒸気加減弁、７・・・低圧蒸気加
減弁、２０・・・高圧蒸気加減弁開度設定器、２１・・
・高圧ドラム実圧力、３０・・・掛算器、３１・・・関
数発生器、３２・・・最大値保持回路、３３・・・割算
器。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 甚 図 茎 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ガスタービンと、ガスタービンからの排ガスによりドラ
   ムで蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、前記ドラムで
   発生した蒸気が蒸気加減弁を介して供給される蒸気ター
   ビンとを備え、ガスタービン軸と蒸気タービン軸とが、
   別軸構成となっている複合サイクル発電プラントにおい
   て、前記ドラムの圧力を常時検出するドラム圧検出手段
   と、ドラム圧の最高値を保持する保持手段と、これら両
   手段からの信号を比較しその値が一定値を下廻った際に
   蒸気加減弁の開度を制限する弁開度制限手段とを具備す
   ることを特徴とする複合サイクル発電プラントの蒸気タ
   ービン制御装置。