JPH0249930A - 複合発電設備の蒸気噴射制御装置 - 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】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は、良好な温度制御が可能な複合発電設備の蒸気
噴射制御装置に関する。

（従来の技術） 最近の火力発電プラントにおいては、エネルギー効率を
向上させるため、ガスタービン、排ガスボイラおよび蒸
気タービン等を備えた複合発電設備が多用されるように
なってきた。

この複合発電設備は一般的に第８図に示すように構成さ
れている。

同図において、圧縮機１は空気を圧縮して高圧空気を作
り、これを燃焼器２に供給する。燃焼器２は、送給され
た燃料を高圧空、気で燃焼させ、高温高圧ガスを発生さ
せ、ガスタービン３に供給する。ガスタービン３では高
温高圧ガスが膨張してそのエネルギーを回転エネルギー
に変換させ、発電機４を駆動する。ガスタービン３で仕
事を終えた排ガスは排ガスボイラ５に導かれ、蒸気およ
び冷却水との熱交換によって冷却された後、大気中に放
出される。

排ガスボイラ５において上記排ガスとの熱交換によって
発生した蒸気は蒸気タービン６に供給され、これを駆動
して発電機４を回転させる。

蒸気タービン６て仕事を終えた蒸気は復水器７に導入さ
れて復水となり、復水ポンプ８が加圧され、排ガスボイ
ラ５に供給される。

ところで、燃焼器２で発生する高温高圧ガスには、燃料
の燃焼による窒素酸化物が含まれるが、この窒素酸化物
は燃焼温度が高ければ高い程、多量に発生する。

そこで、蒸気タービン６の途中段落から蒸気を抽気し、
減温器９で減温させた後、蒸気噴射弁１０を介して燃焼
器２内に噴射させ、燃焼温度を低下させて、窒素酸化物
の発生を抑制するようにしている。

なお、燃焼器２に燃料を供給する配管１１の途中には燃
料弁１２が介挿されている。また、復水器７から冷却水
を減温器９に導く配管１３の途中には冷却水弁１４が介
挿されている。

冷却水弁１４は、温度検出器１５によって検出された減
温器出口温度が一定になるよう冷却水流量を調節する温
度調節計１６によって開度を制御される。

なお、１７．１８は冷却水または抽気蒸気の温度を検出
する温度検出器であり、また１９．２０は冷却水または
油気蒸気の圧力を検出する圧力検出器である。

蒸気噴射弁１０は流量検出器２１からの信号に基づいて
作動する流量調節計２２によって制御される。また、燃
料弁１２は流量検出器２３からの信号に基づいて作動す
る流量調節計２４によって制御される。

上記構成の蒸気噴射制御装置において、蒸気噴射弁１０
は、燃料弁１２から供給される燃料流量に比例した量の
蒸気を噴出する必要がある。このため、蒸気流量制御は
燃料流量制御とほぼ同じ時定数の早い制御を要求され、
また減温制御についても同様に早い制御特性が必要とさ
れる。

そこで温度調節計１６においては、従来から第９図に例
示するような冷却水弁制御方式が使用されている。

同図において、減温器出口側に設置された温度検出器１
５によって検出された蒸気温度信号は、温度設定器３０
からの設定値信号とともに偏差演算器３１に導かれ、そ
れらの偏差を比例・積分・微分演算器３２で演算され、
この演算結果に基づいて冷却水弁１４は開度を制御され
る。

（発明が解決しようとする課題） 以上説明した従来の蒸気噴射制御装置では、１ｇ度検出
器１５は冷却水が微粒化して気化するまでの距離を得る
ため、減温器９から下流側へかなり離れた位置に設置さ
れているため、温度検出信号には大きな検出遅れを伴う
ことになる。

このため、例えばそれまで冷却水の流量が適正にコント
ロールされている状態から負荷を急上昇させた場合、蒸
気噴射量も急激に増大するため、これに見合うように冷
却水の量も増加させなければならないが、それに至るま
でにかなりの時間遅れが生ずる。その結果、減温器を通
過後の蒸気温度と流量は著しく変化する。

第１０図は起動時等のおける負荷上昇および停止時の負
荷降下により蒸気流量がステップ状に変化した場合にお
ける蒸気温度の変化の様子を示すもので、蒸気温度は蒸
気流量の変化に応じて急激に上下に変動する。即ち、ス
テップ状に立上がった直後の蒸気は高温のまま温度検出
器１５まで流れ、さらには燃焼器２に流入し、最悪の場
合には燃焼器を損傷する恐れがある。

また、蒸気温度の上昇によって冷却水弁１４の開度が大
きくなり、冷却水量が増加し”で蒸気温度が低下しても
、その温度検出が遅れるため、減温器９には過大な冷却
水が流れ、蒸気が過冷却になり、最悪の場合には、その
まま燃焼器２まで流れ込み、燃焼の吹消えが発生して機
器が緊急停止となり、その寿命を著しく低下させる恐れ
がある。

このように蒸気温度が設定値から大きな変動を繰返すと
、機器や弁、あるいは配管等に大きな熱応力や熱衝撃を
与えることになる。特に、複合発電設備では、起動、停
止等が頻繁に行われ、またその負荷変化もガスタービン
に依存するため、従来の汽力発電に比べて大きく、蒸気
噴射温度の変動の悪影響は一層大きく現れることになる
。

本発明は上記課題を解決するためになされたもので、起
動・停止時、あるいは負荷変化時に生じる蒸気流量変化
に迅速に追従して適正量の冷却水が減温器に送られるよ
うにした複合発電設備の蒸気噴射制御装置を提供するこ
とを目的とする。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） 本発明の複合発電設備の蒸気噴射制御装置はガスタービ
ンと、排ガスボイラと、蒸気タービンと、前記ガスター
ビンに高温高圧ガスを供給する燃焼器と、この燃焼器内
に蒸気を噴射して窒素酸化物の発生を低減させる蒸気噴
射弁と、この蒸気噴射弁に導入される蒸気の温度を低下
させる減温器と、この減温器に供給される冷却水量を制
御する冷却水弁とを備えた複合発電設備の蒸気噴射制御
装置において、前記蒸気噴射弁から噴射される蒸気流量
と、減温器入口および出口での蒸気温度を検出する検出
器とを設け、これらの検出器からの信号と減温器出口温
度設定器からの信号に基づいて温度偏差を算出するとと
もに必要冷却流量と冷却水弁操作信号を算出し、これら
の算出信号により冷却水弁の開度を制御することを特徴
とす、るものである。

（作用） このような構成の本発明装置においては、複合発電設備
の起動・停止時、あるいは負荷変化時に生じる蒸気流量
変化に迅速に追従して適正量の冷却水が減温器に送られ
る。

（実施例） 次に、図面を参照しながら本発明の詳細な説明する。な
お、第１図ないし第７図において、第８図および第９図
におけると同一部分には同一符号を付し、重複する部分
の説明は必要な場合を除き省略する。

第１図は本発明の複合発電設備の蒸気噴射制御装置にお
ける冷却水弁の制御方式を例示するもので、減温器出口
側に設置された温度検出器１５によって検出された蒸気
温度信号は、温度設定器３０からの設定値信号とともに
偏差演算器３１に導かれ、それらの偏差を比例・積分・
微分演算器３２で演算された後、加算器４０に入力され
る。

減温器の蒸気入口温度検出器１８と蒸気圧力検出器２０
からの信号は減温器入口エンタルピー演算器４１に入力
されて入口エンタルピーＨ１が求められる。同様に、減
温器出口温度設定器３０と蒸気圧力検出器２０からの信
号は減温器出口エンタルピー演算器４２に入力されて出
口エンタルピーＨ２が求められる。

冷却水温度検出器１７と冷却水圧力検出器１つからの信
号は冷却水エンタルピー演算器４３に人力され、冷却水
エンタルピーＨｗが求められる。

また、噴射蒸気流量検出器２１と蒸気圧力検出器２０か
らの信号は流量補正器４４に入力されて蒸気噴射流ＥＩ
ＦＳが求められる。

減温器入口エンタルピー演算器４１、減温器出口エンタ
ルピー演算器４２、冷却水エンタルピー演算器４３およ
び流量補正器４４からの出力は冷却水流量演算器（熱バ
ランス演算部）４５に導がれて次式の演算を実行され、
必要冷却水流量Ｆｗが求められる。

Ｆｗ−Ｆｓ　　（Ｈｌ−Ｈ２）／　　（Ｈｌ−Ｈｗ）・
・・・・・・・・・・・　（１） 冷却水流ｍ演算器４５によって求められた必要冷却水流
量ＦＷは、冷却水圧力検出器１９がらの冷却水圧力Ｐｗ
と蒸気圧力検出器２ｏがらの蒸気圧力Ｐとともに、冷却
水弁流量演算器４６に人力されて動特性の補正と流量係
数を求められ、次の弁開度演算器４７により冷却水弁開
度を求められる。

この弁開度演算器４７からの冷却水弁開度信号と、前記
比例・積分・微分演算器３２からの信号は加算器４０に
て加算され、その出力が開度制御信号として冷却水弁１
４に加えられる。

このような構成の蒸気噴射制御方式においては起動時等
の負荷上昇の際には、燃料流量が急速に増大すると蒸気
噴射弁１０が開き、減温器９を経た蒸気が燃焼器２に供
給されて燃焼温度を下げ、窒素酸化物の生成を抑制する
。

この場合、蒸気噴射流量が流量検出器２１によって検出
され、流量補正器４４、冷却水流量演算器４５、冷却水
弁流量演算器４６および弁開度演算′ｒＩ４７により冷
却水弁の必要開度が速やかに演算され、加算器４０によ
り主信号に加算されて冷却弁指令信号となり、冷却水弁
１４の開度は蒸気噴射弁１０に連動して制御されるので
、冷却水弁１４は蒸気噴射弁１０の開閉動作と殆ど同時
に、適切な開度に調節される。

従って、減ｌＨ器９への冷却水流量の増減調整が蒸気噴
射弁１０の動きに遅れることがなく、減温器から流出す
る噴射蒸気の温度は常にほぼ一定に制御される。

第２図は本発明を適用した蒸気噴射制御装置において、
蒸気噴射流量変化に対する減温後の蒸気温度の応答を示
したもので、複合発電設備の起動、停止あるいは急灘な
負荷変化時のように蒸気噴射弁か急開または急閉し、蒸
気流量がステップ状に変化した場合でも、減温器出口の
蒸気温度はほぼ一定に保たれることを示している。

次に、本発明の他の実施例を説明する。

第３図は第１図の実施例から、冷却水の温度検出器１７
と圧力検出器１９、および抽気蒸気の圧力検出石器２０
と冷却水エンタルピー演算器４３を除去したものである
。これらは蒸気圧力と冷却水温度および圧力がほぼ一定
であることを考慮して除去されたもので、蒸気流量検出
器２１と、減温器入口温度検出器１８と、減温器出口温
度設定器３０とからの信号はそれぞれ流量補正器４４、
減温器入口エンタルピー演算器４１、減温器出口エンタ
ルピー演算器４２で所定の演算処理を施さられた後、冷
却水流量演算器４５にて加算演算され、さらに冷却水弁
流量演算器４６で弁流量を演算され、冷却水弁開度演算
器４７にて冷却水弁の必要開度を算出される。この冷却
水弁開度演算器４７の出力は、加算器４０において、比
例・積分・微分演算器３２からの主信号に加算され、冷
却水弁の開度制御を行う。

この実施例の場合においても、第１図の実施例の場合と
同様に、蒸気噴射流量の変動に対して冷却水弁か連動す
るので、蒸気噴射流量の変動に対して減温器の温度制御
が遅れることかなく、蒸気温度は所定の安定した状態に
制御される。また、温度検出器１７、圧力検出器１９．
２０および冷却水エンタルピー演算器４３を用いないた
め、制御装置の構成が単純になり、信頼性が向上する。

第４図に示す実施例は、第３図の実施例における蒸気噴
射流量検出器２１に替え、蒸気噴射弁リフト検出器５０
を用い、この検出器５０からの信号に基づいて冷却水弁
の必要開度を演算するものである。この場合も、蒸気噴
射弁と冷却水弁が連動するので、蒸気噴射流量の変動に
対して減温器の温度制御が遅れることがなく、蒸気温度
は所定の安定した状態に制御される。また、蒸気の流量
計Ａｐｌに替えて弁リフトを使用し、蒸気流量変動を発
生させる蒸気噴射弁の信号を直接用いているので、蒸気
流量検出器からの信号による場合に比べてより早く制御
動作に入ることができ、より正確な制御が可能となる。

第５図は、第４図の実施例における蒸気噴射弁リフト検
出器５０からの信号の替わりに、蒸気噴射弁流量調節計
２２からの蒸気噴射弁制御信号を用いるもので、この場
合も蒸気噴射弁と冷却水弁は連動するので、蒸気噴射弁
の変動に対して減温器の温度制御が遅れることはなく、
蒸気温度を所定の安定した温度状態に制御することがで
きる。

また、この実施例では蒸気噴射弁リフト検出器５０を用
いないので、制御装置の構成を単純安価なものにするこ
とができる。

第６図の実施例は、第３図の実施例における蒸気噴射流
量検出器２１に替え、燃料流量検出器２３を用い、この
検出器２３からの信号に基づいて冷却水弁の必要開度を
演算するものである。この場合、蒸気噴射流量が燃料流
量信号の変化に応じて変動すると同時に冷却水弁が動作
するため、減温器の温度制御が遅れることがなく、蒸気
温度は所定の安定した状態に制御される。

第７図は、第１図の実施例における冷却水弁操作信号に
対応する信号発生器に微分演算器６０を追加し、その出
力を加算器４０に加算するようにしたもので、この場合
、比例・積分・微分演算器３２は加算器４０と冷却水弁
１４の間に介挿されている。

この実施例においては、蒸気流量の変化により微分信号
が発生し、加算器４０に加算されるので、連応性に優れ
た制御が可能となる。また、冷却水弁開度演算器４７の
係数が実機と多少異なっていても微分信号であるので偏
差が残らず、応用性の広い制御が可能となる。なお、こ
の実施例の考えは前述した他の各実施例にも適用するこ
とができる。

［発明の効果］ 上述したように、本発明によれば、頻繁な起動や停止、
あるいは急激な負荷変化時における蒸気噴射流量変化に
対して減温器の制御追従性および応答性を向上させるこ
とができ、燃焼器の吹消えによる機器寿命の低下を防止
し、また燃焼器、配管および弁等に大きな熱応力や熱衝
撃が加わることを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す説明図、第２図は本発明
装置の特性説明図、第３図ないし第７図はそれぞれ本発
明の他の実施例を示す説明図、第８図は本発明が適用さ
れる蒸気噴射制御装置の系統図、第９図は従来の制御方
式を示す説明図、第１０図は従来の制御方式の特性説明
図である。 １・・・・・・・・・圧縮機 ２・・・・・・・・・燃焼器 ３・・・・・・・・・ガスタービン ４・・・・・・・・・発電機 ５・・・・・・・・・排ガスボイラ ６・・・・・・・・・蒸気タービン ７・・・・・・・・・復水器 ８・・・・・・・・・復水ポンプ ９・・・・・・・・・減温器 １０・・・・・・・・・蒸気噴射弁 １１．１３・・・配管 １２・・・・・・・・・燃料弁 １４・・・・・・・・・冷却水弁 １５．１７．１８・・・温度検出器 １６・・・・・・・・・温度調節計 １９．２０・・・圧力検出器 ２１．２３・・・流量検出器 ２２．２４・・・流量調節計 ３０・・・・・・・・・温度設定器 ３１・・・・・・・・・偏差演算器 ３２・・・・・・・・・比例・積分・微分演算器４０・
・・・・・・・・加算器 ４１・・・・・・・・・減温器人口エンタルピー演算器
４２・・・・・・・・・減温器出口エンタルピー演算器
４３・・・・・・・・・冷却水エンタルピー演算器４４
・・・・・・・・・流量補正器 ４５・・・・・・・・・冷却水流量演算器４６・・・・
・・・・・冷却水弁流量演算器４７・・・・・・・・・
弁開度演算器 ５０・・・・・・・・・蒸気噴射弁リフト検出器。 代理人　弁理士　則近：・ぎ　ｒ（ｉ 代Ｉ゛す人　？、　１’ｒｎ’、−１：第子丸ｆａ第１
図 第４図 第３図 第５図 第６図 第８図 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ガスタービンと、排ガスボイラと、蒸気タービンと、前
   記ガスタービンに高温高圧ガスを供給する燃焼器と、こ
   の燃焼器内に蒸気を噴射して窒素酸化物の発生を低減さ
   せる蒸気噴射弁と、この蒸気噴射弁に導入される蒸気の
   温度を低下させる減温器と、この減温器に供給される冷
   却水量を制御する冷却水弁とを備えた複合発電設備の蒸
   気噴射制御装置において、前記蒸気噴射弁から噴射され
   る蒸気流量と、減温器入口および出口での蒸気温度を検
   出する検出器を設け、これらの検出器からの信号と減温
   器出口温度設定器からの信号に基づいて温度偏差を算出
   するとともに必要冷却流量と冷却水弁操作信号を算出し
   、これらの算出信号により冷却水弁の開度を制御するこ
   とを特徴とする複合発電設備の蒸気噴射制御装置。