JPH03199601A - 複合発電プラントの過熱器・再熱器出口の蒸気温度制御方法および装置 - 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、ガスタービンと蒸気タービンを組み合わせた
復合発電プラントの排熱回収熱交換器に適用される過熱
器・再熱器出口の蒸気温度制御装置に関する。

（従来の技術） 従来の発電設備では、蒸気タービン単体またはガスター
ビン単体を原動機とするものが普通であるが、最近では
両者の利点を巧みに組み合わせた復合発電が活用される
ようになってきている。

この復合発電プラントは、ガスタービンから出た排ガス
を排熱回収熱交換器に送って蒸気を発生せしめ、発生蒸
気を蒸気タービンに送って電力を取り出すものであって
、ガスタービンの排熱を有効に活用でき、また起動・停
止時間を大幅に短縮できる等の便利性がある。

第７図は、従来の復合発電システムの構成の一例を示す
図であって、このシステムはガスタービン装置１、その
ガスタービン装置１の排ガス２を熱源として蒸気を生成
する排熱回収熱交換器３、この排熱回収熱交換器３で生
成された蒸気により駆動される蒸気タービン装置４、お
よび前記両タービン装置１．４に直結されている発電機
５，６により構成されている。

上記ガスタービン装置１は、圧縮機７、燃焼器８および
ガスタービン９により構成されており、燃焼用空気１０
が圧縮機７で加圧され燃焼器８に送られ、ここで燃料１
１と混合されて燃焼し、高温の燃焼ガスとなる。この燃
焼ガスはガスタービン９に送られて仕事をした後、排ガ
ス２となってυト熱回収熱交換器３に導かれる。

排熱回収熱交換器３は、例えば過熱器１２、再熱器１３
、蒸発器１４、節炭器１５および蒸気ドラム１６等をを
し、ガスタービン９の高温の排ガス２と熱交換を行ない
蒸気を発生させ、蒸気タービン装置４に蒸気を送る。し
かして、この蒸気タービン装置４はこの蒸気によって仕
事を行ない、その動力によって発電機６を駆動させ、電
力を取り出す。

ところで、上記排熱回収熱交換器３においては、蒸発器
１４でガスタービン排ガス２との熱交換によって熱交換
器缶水が蒸気となり、蒸気ドラム１６に流入する。この
蒸気ドラム１６は、節炭器１５から送水された給水を貯
え、蒸発器１４に送付し、蒸発器１４で発生した蒸気と
水の二相流が気水分離され、分離した蒸気が過熱器１２
に送付される。過熱器１２に送付された蒸気は過熱器１
２で過熱蒸気となり、高圧蒸気タービン１７に送られる
。

高圧蒸気タービン１７で仕事を終えた蒸気は、熱効率を
高めるため再熱器１３に送られ再度過熱蒸気となり、低
圧タービン１８に送られる。そして、低圧タービン１８
を出た排気蒸気は復水器１つで凝縮された後、給水ポン
プ２０で加圧されて節炭器１５に給水され、ここで飽和
温度近くまで加熱された後、蒸気ドラム１６の缶水部に
導かれる。

最近はガスタービン装置１の性能向上によりガスタービ
ン９の排ガス温度が上昇し、高温の排ガスを排熱回収熱
交換器３で熱回収できるため、復合発電プラント全体の
熱効率が上昇している。

（発明が解決しようとする課題） ところが、復合発電プラントの起動時ならびに負荷上昇
時には、ガスタービン装置１の特性として排ガス温度２
が急激に高くなり、それにつれて過熱器・再熱器出口の
蒸気温度も急激に上昇する。

そのため高圧および低圧の蒸気タービンのロータが熱応
力上許容できる蒸気温度の上昇率を越えてしまうことに
なる。第８図に起動時のガスタービンの回転数と排ガス
温度を示す。

従来は、この蒸気温度を規制するための設定値は定格時
の運転条件により定まり、例えば蒸気温度として５００
℃と設定されている場合には、この設定値までは全く制
御されておらず、蒸気温度が設定値に達したのち制御が
働らき、設定温度に維持されるようにしてあった。すな
わち、起動時並びに負荷上昇時の蒸気温度の上昇率につ
いては制御対象になっていなかった。

しかして、従来の排熱回収熱交換器では、起動時並び負
荷上昇時には過熱器・再熱器の各蒸気温度の制御は、蒸
気温度が設定温度に達するまで働かないので、蒸気温度
の上昇率が高くなり、蒸気タービンのロータに許容され
る温度上昇率を上回ることがある。このような場合には
、この蒸気タービンのロータに多大の熱応力が発生し、
著しい場合にはロータの破損につながる場合も考えられ
る。

特に、復合発電プラントの場合、中間負荷運用というこ
とで、頻繁に起動・停０二を行なうため、従来の汽力発
電プラントに比べて蒸気タービンのロータに多大の熱応
力を繰り返し受けることになり、蒸気タービンのロータ
の破損につながることも予想される等の問題がある。

本発明はこのような点に鑑み、蒸気タービンのロータに
多大の熱応力が発生しないように、過熱器・再熱器出口
の蒸気温度を良好に制御できる制御装置を得ることを目
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、復合発電プラントの排熱交換器の過熱器およ
び再熱器の出口温度を、起動から定格運転までの間にお
いては、蒸気タービンに許容できる蒸気温度上昇率以下
の温度上昇率で上昇させるようにしたことを特徴とする
ものである。また復合発電プラントの排熱回収熱交換器
の過熱器および再熱器の出口にそれぞれ過熱器、再熱器
出口の蒸気温度を制御する減温器を設けるとともに、上
記減温器制御回路に、蒸気タービンの運転条件例えば主
蒸気温度によりの割合で変化する上記温度設定値を出力
する温度設定装置を設けたことを特徴とするものである
。

（作用） 復合発電プラントの起動と同時に蒸気温度制御装置が働
き、過熱器および再熱器の蒸気温度を監視し、過熱器お
よび再熱器の出口蒸気温度が、主蒸気条件＝７に応じて
変化される設定値以下になるように減温器が作動され、
蒸気タービンに供給される過熱器・再熱器出口の過熱蒸
気の温度が蒸気タービンに許容できる蒸気温度上昇率以
下の温度上昇率で上昇するように制御される。

（実施例） 以下、第１図乃至第６図を参照して本発明の実施例につ
いて説明する。なお、図中、第７図と同一部分には同一
符号を付し、その詳細な説明は省略する。

第１図において、過熱器１２の出口側には過熱器用減温
器２１が設けられ、再熱器１３の出口側には再熱器用減
温器２２が設けられており、両減温器２１，２２にそれ
ぞれ冷却水を供給する冷却水供給管２３．２４には、そ
れぞれ流量調節弁２５．２６が設けられている。

また、過熱器用減温器２１の入口側および出口側にはそ
れぞれ人口側蒸気温度検出器２７．２８が設けられ、再
熱器用減温器２２の入口側および出口側にもそれぞれ人
口側蒸気温度検出器２９゜３０が設けられている。

しかして、過熱器用減温器２１の入口側蒸気温度検出器
２７で検出された温度は、温度／電圧変換器３１で電気
信号に変換され、温度設定装置３２の変化率設定器３３
および変化率制限器３４に入力され、上記変化率制限器
３４からの出力信号が低値優先回路３５に人力される（
第２図）。

一方、温度設定器３６からの設定信号も上記低値優先回
路３５に入力され、上記変化率制限器３４からの出力信
号および温度設定器３６からの設定信号の低値信号が偏
差演算器３７に人力される。

上記偏差演算器３７には、過熱器用減温器２１の出口側
蒸気温度検出器２８で検出された温度が温度／電圧変換
器３８によって変換された電気信号も入力されており、
偏差演算器３７で前記低値優先回路３４および温度／電
圧変換器３８からの両信号が比較され、その偏差信号が
ＰＩＤ演算器３つおよびリミッタ４０を介して流量調節
弁２５に加えられ、過熱器用減温器２１への冷却水流量
が調節制御され、過熱器用減温器出口における蒸気温度
すなわち高圧タービン人口温度が制御される。

ところで、変化率設定器３３は、過熱器用減温器２１の
入口部の温度に対応して作動され、その変化率設定器３
３からの変化率設定信号によって変化率制限器３４にお
ける温度変化率の制限値が変更され、過熱器用減温器２
１の人口部の温度変化がタービンの許容温度上昇率以上
になると制限され、所定上昇率以下の温度信号が前記低
値優先回路３５に入力される。しかして、起動時並びに
負荷上昇時に蒸気温度が上昇すると、それに応じて変化
率制限器３４における変化率制限器が変更されるため、
上記過熱器用減温器２１の出口部温度が低値優先回路３
５に人力される。そしてこの場合この温度信号が温度設
定器３６の設定温度より低いため、上記出口部温度信号
がそのまま偏差演算器３７に人力される。しかし、この
場合には減温器２１の人口および出口間には温度差がな
いため、上記偏差演算器３７では偏差信号が出力せず、
冷却水流量調節弁２５は全閉し、過熱器用減温器２１は
不作動状態にある。

そこで、蒸気温度がさらに上昇し、その温度上昇率がタ
ービンの許容温度上昇率以上になると、変化率制限器３
４から出る温度信号の上昇割合が上記変化率制限器３４
によって規制される。そのため、偏差演算器３７に入力
する両信号に差が生じ、その偏差信号によって冷却水流
量調節弁２５が開方向に制御され、減温器２１のスプレ
ーにより蒸気温度が低下され、タービンに流入する蒸気
温度の上昇率が所定値以下に制御される。すなわち、偏
差演算器３７には温度設定装置３２から主蒸気温度によ
り所定の割合で可変とされた温度設定信号が入力される
。

蒸気温度がさらに上昇し、定格時の蒸気温度設定値以上
になると、温度設定器３６からの設定値が有効となり、
偏差演算器３７に入力され、その偏差演算器３７からの
出力信号によって冷却水流量調節弁２５が制御される。

なお、上記説明においては、過熱器用冷却器に対する制
御について説明したが、再熱器出口温度の制御について
も全く同様にして行なわれる。

ところで、上述のように、本発明においては、起動時並
びに負荷上昇時の温度設定値を定格時の温度設定値以下
の温度とし、この温度設定値の上昇率を、起動時並びに
負荷上昇時に蒸気タービンに許容できる温度上昇率以下
とするものであるが、第３図および第４図に示すように
、この温度設定値は小調増加曲線に沿い或は多段的に変
化させることもできる。

また、第５図は本発明の他の実施例であり、主蒸気温度
設定装置において温度検出器および温度／電圧変換器の
代りに、ガスタービンの回転数羽４１および回転数変換
器４２を用いることによって、同様の効果を得ることが
できる。

さらに、第６図に示すように、温度検出器および温度／
電圧変換器の代りに負Ｇｆ信号器４３および負荷信号変
換器４４を用いてもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明においては過熱器、再熱器
の出口部にそれぞれ減温器を設け、蒸気温度上昇率を蒸
気タービンに許容できる温度上昇率以下に制御するよう
にしたので、復合発電プラントの起動時並びに負荷上昇
時に、過熱器および再熱器出口の蒸気温度を蒸気タービ
ンに許容できる蒸気温度上昇率以下にでき、蒸気タービ
ンに多大な熱応力が発生することを防止することができ
る。

置、３７・・・偏差演算器、４１・・・ガスタービンの
回転数計、４２・・・回転数変換器、４３・・・負荷信
号器、４４・・・負荷信号変換器。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の復合発電プラントの蒸気温度制御装置
の概略構成を示す図、第２図は上記蒸気温度制御装置の
制御回路図、第３図および第４図はそれぞれ蒸気温度設
定値の実施例の説明図、第５図および第６図は本発明の
他の実施例を示す図、第７図は復合発電プラントの概略
系統図、第８図は復合発電プラントの起動時のガスター
ビン回転数と排ガス温度の変化曲線図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、復合発電プラントの排熱回収熱交換器の過熱器およ
   び再熱器の出口温度を、起動から定格運転までの間にお
   いては、蒸気タービンに許容できる蒸気温度上昇率以下
   の温度上昇率で上昇させるようにしたことを特徴とする
   、復合発電プラントの過熱器、再熱器出口の蒸気温度制
   御方法。 ２、複合発電プラントの排熱回収熱交換器の過熱器およ
   び再熱器の出口にそれぞれ過熱器、再熱器出口の蒸気温
   度を制御する減温器を設けるとともに、上記減温器制御
   回路に、蒸気タービンの運転条件により一定の割合で変
   化する蒸気温度設定値を出力する温度設定装置を設けた
   ことを特徴とする、複合発電プラントの過熱器・再熱器
   出口の上記温度制御装置。