JPH0231765B2 - Konbaindosaikurupurantonoseigyosochi - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、蒸気タービンとガスタービンとを串
型一軸に組合せたコンバインドサイクルプラント
における蒸気タービンの蒸気圧力を制御する装置
に関する。

〔発明の技術的背景〕

ガスタービンと、このガスタービンの排熱を利
用して発生せしめた蒸気によつて駆動する蒸気タ
ービンとを組合せたコンバインドサイクルは一般
に知られている。

そして、このコンバインドサイクルのうち、ガ
スタービンと蒸気タービンとを串型一軸に組合せ
たコンバインドサイクルプラントは総合効率にお
いて優れているため近年採用される傾向にある。

このように串型一軸（同軸的）にガスタービン
と蒸気タービンとを組合せたコンバインドサイク
ルプラントでは、回転軸の速度制御はガスタービ
ン側が主体となつており、蒸気タービン側では特
に速度制御機能は有していない。また蒸気タービ
ン側の出力（負荷）を調整するために蒸気タービ
ン上流側に設置した蒸気加減弁は、プラントの定
格出力時に弁全開位置に固定されたままとなつて
いる。

〔背景技術の問題点〕

上記従来の制御によつては蒸気タービンとガス
タービンの応答性の相違等から制御上に困難性が
ある。特にガスタービンの排気を利用して蒸気を
発生せしめるボイラが、高圧蒸気を発生せしめる
高温加熱器と、低圧蒸気を発生せしめる低温加熱
器を有し、蒸気タービンも高圧蒸気タービンと低
圧蒸気タービンとを同軸的に組合せてなり、高圧
蒸気タービンには高温加熱器からの高圧蒸気を導
き、低圧蒸気タービンには低温加熱器からの低圧
蒸気と高圧蒸気タービンからの排気蒸気とを混合
して導入するようにした所謂混圧タービンである
場合には制御が困難である。

即ち、混圧タービンである低圧タービンに流入
する蒸気は、高圧タービンを経た蒸気とボイラの
低温加熱器から供給される蒸気を混合したもので
あるため、これらの両蒸気圧力が同一となるよう
に制御しなければならない。しかしながら従来に
あつてはその対策がなされていないため高圧ター
ビンに蒸気が逆流する危険性がある。

〔発明の目的〕

本発明は上記従来の問題を解決すべく本発明を
なしたものであり、その目的とするところは、混
圧蒸気タービンを用いたコンバインドサイクルプ
ラントの高圧蒸気タービンへの蒸気の逆流を確実
に防止し得る信頼性の高い制御装置を提供するに
ある。

〔発明の概要〕

上記目的を達成すべく本発明は、ガスタービン
と混圧蒸気タービンとを同軸的に配列し、ガスタ
ービンの排気を熱源とするボイラ内に高温加熱器
及び低温加熱器を設け、この高温加熱器からの蒸
気を高圧蒸気タービンに導き、この高圧蒸気ター
ビンの排気及び上記低温加熱器からの低圧蒸気を
混圧して低圧蒸気に導くようにしたコンバインド
サイクルプラントの制御装置を、高温加熱器と高
圧蒸気タービンとの間の高圧蒸気ラインにおける
高圧蒸気流量、該ラインに設けた高圧蒸気加減弁
上流の高圧蒸気圧力及び高圧蒸気加減弁の弁開度
に基いて混圧部での高圧蒸気タービンからの排気
蒸気条件を計算する第１の演算器と、低温加熱器
と低圧蒸気タービンとの間の低圧蒸気ラインにお
ける低圧蒸気流量、該ラインに設けた低圧蒸気加
減弁上流の低圧蒸気圧力及び低圧蒸気加減弁の弁
開度に基いて上記混圧部での低圧蒸気加減弁下流
の蒸気条件を計算する第２の演算器と、上記第１
演算器及び第２演算器の出力に基いて、各蒸気条
件の圧力偏差信号を出力する加算器と、この加算
器からの出力と低圧蒸気加減弁の弁開度を比較し
て誤差信号を出力する第３の演算器と、この第３
の演算器からの誤差信号に応じて、上記混圧部に
供給される低圧蒸気ラインからの蒸気条件を制御
すべく低圧蒸気加減弁を開閉する油圧サーボ弁と
から構成したことをその要旨としている。

〔発明の実施例〕

以下に本発明の実施の一例を添付図面に基いて
詳述する。

第１図は本発明に係る制御装置を適用したコン
バインドサイクルプラントの全体系統図を示した
ものであり、このプラントは圧縮機１及びこの圧
縮機１で圧縮した空気によつて燃料を燃焼せしめ
る燃焼器２からの燃焼ガスが流入するガスタービ
ン３の軸４に高圧蒸気タービン５及び低圧蒸気タ
ービン６を串型一軸となるように装着し、ガスタ
ービン３及び蒸気タービン５，６によつて同軸上
の発電機７を駆動するようにしている。

またガスタービン３からの十分高温な排気ガス
はボイラ８に導かれ、熱交換した後大気に放出さ
れる。そしてボイラ８は高温加熱器９及び低温加
熱器１０を内蔵しており、それぞれの加熱器９，
１０は高圧ヘツダー１１、及び低圧ヘツダー１２
に接続している。また加熱器９，１０にはそれぞ
れのヘツダーより加熱水が供給されており、加熱
器にて蒸気となつたものは再びヘツダーに戻るよ
うな配管がなされている。

上記高圧ヘツダー１１の蒸気は高圧オリフイス
１３、高圧主蒸気止め弁１４及び高圧蒸気加減弁
１５を備えた高圧蒸気ライン１６を経て上記高圧
蒸気タービン５に供給される。

一方低圧ヘツダー１２からの蒸気は、高圧オリ
フイス１７、低圧主蒸気止め弁１８及び低圧蒸気
加減弁１９を備えた低圧蒸気ライン２０を経て低
圧蒸気タービン６に供給される。

そして、高圧蒸気タービン５からの排気蒸気
は、低圧蒸気加減弁１９を通過した低圧蒸気と混
圧部２１で混合して低圧蒸気タービン６に流入
し、このタービン６を通過した後、復水器２２に
おいて水に戻される。復水器２２からの復水は低
圧の給水ポンプ２３にて低圧ヘツダー１２に供給
され、この低圧ヘツダー１２において低圧蒸気を
発生させる一方、低圧ヘツダー１２からは高圧の
給水ポンプ２４にて高圧ヘツダー１１に供給され
高圧蒸気を発生する。以上の如くプラント内を流
体が循環するようになつている。

また、前記高圧蒸気ライン１６には、高圧蒸気
加減弁１５の上流側圧力を検出するための圧力検
出器２５、及び高圧蒸気加減弁１５の弁開度を検
出する弁リフト検出器２６を設けるとともに、低
圧蒸気ライン２０にも同様に低圧蒸気加減弁１９
の上流側圧力を検出するための圧力検出器２７及
び低圧蒸気加減弁１９蕩の弁開度を検出する弁リ
フト検出器２８を設けている。

そして、上記各検出器を用いて高圧蒸気圧力と
高圧蒸気加減弁１５の弁開度及び高圧オリフイス
１３で計測した高圧蒸気流量に基いて、蒸気ター
ビン５の低圧蒸気が挿入される段落の排気蒸気圧
力を計算するとともに、低圧蒸気圧力と低圧蒸気
加減弁１９の弁開度及び高圧オリフイス１７で計
測した低圧蒸気流量に基いて低圧蒸気加減弁１９
下流側の蒸気圧力を計算する。これら計算された
蒸気圧力は混圧部２１における蒸気圧力であるか
ら、これらの値に偏差が生じた場合に、高圧蒸気
タービンの排気蒸気圧力に一致するまで低圧蒸気
加減弁１９の開度を制御する。尚蒸気流量の測定
は、高圧ヘツダー１１及び低圧ヘツダー１２の水
位レベル調整を行なうために、それぞれの出口蒸
気管に設けた高圧オリフイス１３及び低圧オリフ
イス１７の前後の差圧を求めることで蒸気流量を
測定する。

次に上記低圧蒸気加減弁１９の開度の制御を第
２図に基いて詳述する。

即ち、高圧蒸気タービン５用の高圧蒸気加減弁
１５の上流側蒸気圧力を検出するために設けた圧
力検出器２５の出力を演算器２９に入力する。こ
の演算器２９にはこの他に高圧オリフイス１３に
て計測した高圧蒸気流量信号３０及び高圧蒸気加
減弁１５の弁開度を検出する弁リフト検出器２か
らの出力が同時に入力される。そして演算器２９
ではこれら３種類の出力信号に基いて高圧蒸気タ
ービン５の低圧蒸気が挿入される段落の排気蒸気
圧力を計算する。

一方、低圧蒸気タービン６用の低圧蒸気加減弁
１９の上流側蒸気圧力を検出する圧力検出器２７
からの出力は演算器３２に入力される。この演算
器３１にはこの他に低圧オリフイス１７にて計測
した低圧蒸気流量信号３２及び低圧蒸気加減弁１
９の弁開度を検出する弁リフト検出器２８からの
出力が同時に入力される。そして演算器３１では
これら３種類の出力信号に基いて低圧蒸気加減弁
１９の下流側（弁後）蒸気圧力を計算する。

そして演算器２９の出力は正の信号として、ま
た演算器３１の出力は負の信号としてそれぞれ加
算器３３に入力され、この加算器３３において両
信号を加算して、演算器２９によつて得た高圧蒸
気タービン５の前記排気蒸気圧力信号に対する演
算器３１によつて得た低圧蒸気加減弁１９の下流
側蒸気圧力信号の偏差信号として出力するように
している。

この偏差信号は低圧蒸気加減弁１９の弁開度を
検出する弁リフト検出器２８からの出力信号と演
算器３４にて比較され、その誤差信号が操作信号
となつて低圧蒸気加減弁１９の油圧サーボ弁３５
を作動させ、加算器３３からの出力信号を打ち消
すように低圧蒸気加減弁１９を開閉するようにし
ている。

このように上記実施例は、蒸気タービンに流入
する蒸気流量、蒸気加減弁の弁開度、高圧蒸気タ
ービンのタービン内部圧力降下特性、低圧蒸気加
減弁の圧力調整特性などの明確になつている数値
を用いて、各々の数値に基いて混圧部に供給され
る蒸気圧力を常時計算しており、常に高圧蒸気タ
ービンの排気蒸気圧力に対して低圧蒸気加減弁の
下流側蒸気圧力が同一蒸気圧力となるように低圧
蒸気加減弁を用いて調整することができる。

また上記実施例は混圧部での低圧蒸気ライン側
からの蒸気圧力を高圧蒸気ライン側の蒸気条件に
対して調整するものであるため、例えば高圧蒸気
ラインの蒸気発生源より蒸気圧力変動がある場
合、これに伴つて低圧蒸気ラインから混圧部に供
給される蒸気圧力もそれに伴つて変動する。特に
高圧蒸気タービンに流入する蒸気圧力は蒸気ター
ビンの負荷も急激に変化するので若干不安定な蒸
気タービンの圧力及び負荷の制御系といえる。

斯る不利を改善するのが第３図に示す実施例で
あり、この実施例は前記実施例に高圧蒸気加減弁
の制御系を追設したものである。尚、前記実施例
と同一の部材については同一の番号を付している 即ち、高圧蒸気加減弁１５の下流側蒸気圧力を
検出するために圧力検出器３６が設けられてお
り、その出力は負の信号として加算器３７に入力
される。この加算器３７にはこの他に圧力設定器
３８からの出力が正の信号として同時に入力され
る。この加算器３７は両信号を加算して圧力検出
器３６で得た高圧蒸気加減弁１５の下流側の蒸気
圧力信号と任意の値に設定した圧力設定器３８の
信号との偏差信号として出力するようにしてい
る。この信号は高圧蒸気加減弁１５の弁開度を検
出する弁リフト検出器２６からの信号と演算器３
９において比較されて誤差信号として出力され
る。そしてこの誤差信号は操作信号となつて高圧
蒸気加減弁１５の油圧サーボ弁４０を作動せし
め、加算器３７からの出力信号を打ち消すように
高圧蒸気加減弁１５を開閉するようになつてい
る。

また上記油圧サーボ弁４０の動作と連続して、
高圧蒸気ライン１６の圧力検出器２５からの出力
信号、高圧蒸気流量信号３０及び高圧蒸気加減弁
１５の弁リフト検出器２６からの出力信号を入力
とする演算器２９は、高圧蒸気タービン５の低圧
蒸気が挿入される段落の排気蒸気圧力つまり混圧
部２１の蒸気圧力を計算にて求め、その出力信号
が加算器３３に入力された以後の低圧蒸気加減弁
１９を含めた動作は前記実施例と同様である。

而して、本実施例によれば高圧蒸気ラインの蒸
気圧力変動に対して、高圧蒸気加減弁１５の下流
側蒸気圧力が高圧蒸気加減弁１５の開閉動作に
て、設定圧力になるように自動的に調整されるた
め、蒸気タービンの負荷変化を最小におさえるこ
とができる。

また圧力設定器３８の使用方法としては上記の
他に次のような使用も可能である。即ち、圧力設
定器３８を可変式とすれば、高圧蒸気加減弁１５
の下流側蒸気圧力を決められたスケジユールに従
つて連続的に調整することが可能となる。このこ
とは、高圧蒸気タービン５に流入する蒸気圧力
は、蒸気タービ出力と比例関係にあることから、
この可変式とした圧力設定器３８の出力を増減せ
しめると、これに伴つて高圧蒸気加減弁１５の下
流側蒸気圧力が増減するため、結果として蒸気タ
ービン出力の増減が任意に且つ容易になし得る。

〔発明の効果〕

以上の説明で明らかな如く、本発明によれば、
蒸気タービンの混圧部において、低圧蒸気ライン
より供給される蒸気条件を制御して、高圧蒸気タ
ービンから混圧部に流下した排気の蒸気条件と一
致するようにしたので、高圧蒸気タービンに蒸気
が逆流することを確実に防止でき、大幅に信頼性
が向上する。

また制御装置の一部である高圧蒸気加減弁の下
流側蒸気圧力を任意に設定することにより、高圧
蒸気ラインから高圧蒸気タービンに流入する蒸気
圧力を一定に制御するようにしたので、蒸気ター
ビンの負荷変動を最小限におさえることが可能で
あり、更に高圧蒸気加減弁の下流側蒸気圧力を任
意に調整することにより、その調整に応じた蒸気
タービンの負荷を得ることができる等プラントに
おける蒸気タービンの制御機能を大幅に拡大す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る制御装置の一例を適用し
たコンバインドサイクルプラントの全体系統を示
すブロツク図、第２図は制御装置の部分を拡大し
て示したブロツク図、第３図は別実施例の第２図
と同様のブロツク図である。 ３……ガスタービン、５……高圧蒸気タービ
ン、６……低圧蒸気タービン、８……ボイラ、９
……高温加熱器、１０……低温加熱器、１５……
高圧蒸気加減弁、１６……高圧蒸気ライン、１９
……低圧蒸気加減弁、２０……低圧蒸気ライン、
２１……混圧部、２９……第１の演算器、３１…
…第２の演算器、３３，３７……加算器、３４…
…第３の演算器、３５，４０……油圧サーボ弁、
３８……圧力設定器、３９……第４の演算器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ガスタービンと混圧蒸気タービンとを同軸的
   に配列し、ガスタービンの排気を熱源とするボイ
   ラ内に高温加熱器及び低温加熱器を設け、この高
   温加熱器からの蒸気を高圧蒸気タービンに導き、
   この高圧蒸気タービンの排気及び上記低温加熱器
   からの低圧蒸気を低圧蒸気タービンに導くように
   したコンバインドサイクルプラントの制御装置に
   おいて、この制御装置は、高温加熱器と高圧蒸気
   タービンとの間の高圧蒸気ラインにおける高圧蒸
   気流量、該ラインに設けた高圧蒸気加減弁上流の
   高圧蒸気圧力及び高圧蒸気加減弁の弁開度に基い
   て混圧部での高圧蒸気タービンからの排気蒸気条
   件を計算する第１の演算器と、低温加熱器と低圧
   蒸気タービンとの間の低圧蒸気ラインにおける低
   圧蒸気流量、該ラインに設けた低圧蒸気加減弁上
   流の低圧蒸気圧力及び低圧蒸気加減弁の弁開度に
   基いて上記混圧部での低圧蒸気加減弁下流の蒸気
   条件を計算する第２の演算器と、上記第１演算器
   及び第２演算器の出力に基いて各蒸気条件の圧力
   偏差信号を出力する加算器と、この加算器からの
   出力と低圧蒸気加減弁の弁開度とを比較して誤差
   信号を出力する第３の演算器と、この第３の演算
   器からの誤差信号に応じて、蒸気タービンの混圧
   部に供給される低圧蒸気ラインからの蒸気条件を
   制御すべく低圧蒸気加減弁を開閉する油圧サーボ
   弁とからなることを特徴とするコンバインドサイ
   クルプラントの制御装置。 ２ ガスタービンと混圧蒸気タービンとを同軸的
   に配列し、ガスタービンの排気を熱源とするボイ
   ラ内に高温加熱器及び低温加熱器を設け、この高
   温加熱器からの蒸気を高圧蒸気タービンに導き、
   この高圧蒸気タービンの排気及び上記低温加熱器
   からの低圧蒸気を低圧蒸気タービンに導くように
   したコンバインドサイクルプラントの制御装置に
   おいて、この制御装置は、高温加熱器と高圧蒸気
   タービンとの間の高圧蒸気ラインにおける高圧蒸
   気流量、該ラインに設けた高圧蒸気加減弁上流の
   高圧蒸気圧力及び高圧蒸気加減弁の弁開度に基い
   て混圧部での高圧蒸気タービンからの排気蒸気条
   件を計算する第１の演算器と、低温加熱器と低圧
   蒸気タービンとの間の低圧蒸気ラインにおける低
   圧蒸気流量、該ラインに設けた低圧蒸気加減弁上
   流の低圧蒸気圧力及び低圧蒸気加減弁の弁開度に
   基いて上記混圧部での低圧蒸気加減弁下流の蒸気
   条件を計算する第２の演算器と、上記第１演算器
   及び第２演算器の出力に基いて各蒸気条件の圧力
   偏差信号を出力する加算器と、この加算器からの
   出力と低圧蒸気加減弁の弁開度とを比較して誤差
   信号を出力する第３の演算器と、この第３の演算
   器からの誤差信号に応じて、蒸気タービンの混圧
   部に供給される低圧蒸気ラインからの蒸気条件を
   制御すべく低圧蒸気加減弁を開閉する油圧サーボ
   弁と、高圧蒸気加減弁下流の蒸気圧力と高圧蒸気
   加減弁下流の設定蒸気圧力との圧力偏差信号を出
   力する加算器と、上記圧力偏差信号と高圧蒸気加
   減弁の弁開度とを比較して誤差信号を出力する第
   ４の演算器と、この第４の演算器からの信号に応
   じて高圧蒸気加減弁の下流側蒸気圧力を設定圧力
   に制御すべく高圧蒸気加減弁を開閉する油圧サー
   ボ弁とからなることを特徴とするコンバインドサ
   イクルプラントの制御装置。 ３ 前記高圧蒸気加減弁下流側の蒸気圧力は可変
   式設定器によつて調整し得るようにしたことを特
   徴とする特許請求の範囲第２項記載のコンバイン
   ドサイクルプラントの制御装置。