JPH04110507A - コンバインドサイクル発電設備における過熱器・再熱器の蒸気温度制御装置 - 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、ガスタービンと蒸気タービンとを組合わせた
コンバインドサイクルにおける過熱器と再熱器の蒸気温
度制御装置に関する。

（従来の技術） 従来の発電設備は、蒸気タービン単体あるいはガスター
ビン単体を原動機としていたが、最近になって、これら
のタービンの利点を巧みに利用したコンバインドサイク
ル発電設備か多用されるようになってきた。

このコンバインドサイクル発電設備は、ガスタービンか
ら排出される高温のガスを排ガス回収ボイラに送って蒸
気を発生させ、この蒸気を蒸気タービンに導入して回転
させ、ガスタービンおよび蒸気タービンによって発電機
を駆動して電力を取出すもので、ガスタービンの排熱を
有効に活用できると共に、起動・停止時間を短縮化でき
るという利点がある。

コンバインドサイクル発電設備は大別すれば、ガスター
ビン設備、蒸気タービン設備、および排熱回収設備から
構成される。

第３図は、その−例の概略構成を示すもので、ガスター
ビン設備は、圧縮機１と、燃焼器２と、ガスタービン３
とから構成されており、発電機４に連結されている。

蒸気タービン設備は高圧蒸気タービン５と、低圧蒸気タ
ービン６とからなり、これらも共通軸を介して発電機４
に連結されている。

排熱回収設備は、排熱回収ボイラ７内に設置された過熱
器８と、再熱器９と、蒸発器１０とを有しており、蒸発
器１０にはドラム１１が連結されている。過熱器８と、
再熱器９には、それぞれ減温器１２．１３が介挿されて
おり、これらには冷却水弁１４．１５を介して冷却水が
供給される。

過熱器８と再熱器９の出口には、それぞれ過熱器出口温
度検出器１６と再熱器出口温度検出器１７が取付けられ
ており、減温器１２．１３の出口には、減温器出口温度
検出器１８．１９が取付けられている。減温器１２．１
Ｂの入口には、それぞれ減温器入口流量検圧器２０．２
１が取付けられている。

また、排熱回収ボイラ７内には、過熱器入口排ガス温度
検出器２２、再熱茶人ロ俳′ガス温度検比器２３、およ
び排ガス流量検出器２４か配置されている。

このような構成のコンバインドサイクル発電設備におい
て、ガスタービン３から排出された高温の排ガスは排熱
回収ボイラ７内に導入され、過熱器８、再熱器９および
蒸発器１０内を流れる蒸気または給水と熱交換を行い、
自身は冷却されて排出される。

一方、過熱器８と再熱器９で発生した過熱蒸気と再熱蒸
気はそれぞれ高圧蒸気タービン５および低圧蒸気タービ
ン６に導かれてこれらを駆動し、ガスタービン３と共に
発電機４を回転させる。

ところで、最近のコンバインドサイクル発電設備では、
ガスタービン３の性能向上により、その排ガス温度が上
昇し、高温の排ガスを排熱回収ボイラ７で熱回収できる
ため、複合発電設備全体の熱効率が向上している。

しかしながら、ガスタービン３の特性として、排ガス流
量と、燃焼器２ての燃焼温度との関係がら、中間負荷〜
高負荷域にかけて排ガス温度が高くなりすぎ、高圧・低
圧蒸気タービン５．６の使用温度範囲を越えてしまうこ
とがある。

そのため、過熱器８と再熱器９に各々減温器１２．１３
を設置し、冷却水弁１４．１５を介して冷却水を蒸気中
へ噴霧することによって蒸気温度を低下させ、蒸気ター
ビン５．６に入る蒸気条件を満たすようにしている。

次に、冷却水弁１４．１５の制御方式を第４図を参照し
て説明する。

同図において、過熱器出口温度検出器１６と再熱器出口
温度検出器１７により、過熱器と再熱器の出口蒸気温度
を検出し、これらの検出信号と、過熱器出口温度設定器
２５および再熱器出口温度設定器２６からの温度設定値
とをそれぞれ比較器２７．２８にて比較し、それらの偏
差を求める。

減温器入口流量検出器２０．２１によって検出した過熱
器および再熱器の減温器１４．１５の入口における蒸気
流量信号を過熱器蒸気流量フィードフォワード演算器２
９または再熱器蒸気流量フィードフォワード演算器３０
に導いてフィードフォワード演算する。

また、過熱器入口排ガス温度検出器２２および再熱器入
口排ガス温度検出器２３からの検出信号を過熱器排ガス
温度フィードフォワード演算器３ユまたは再熱器排ガス
温度フィードフォワード演算器３２に導いてフィードフ
ォワード演算する。

更に、排ガス流量検出器２４によって検出された排熱回
収ボイラ７の排ガス流量信号を排ガス流量フィードフォ
ワード演算器３３に導いてフィードフォワード演算する
。

次に、加算器３４において、比較器２７の出力に、各フ
ィードフォワード演算器２９．３１．３３の出力を加算
し、この加算結果を比例積分微分演算器３５に導いて比
例積分微分演算を行い、その出力で冷却水弁１４を操作
する。

一方、加算器３６において、比較器２８の出力に、各フ
ィードフォワード演算器３０．３２．３３の出力を加算
し、この加算結果を比例積分微分演算器３７に導いて比
例積分微分演算を行い、その出力で冷却水弁１５を操作
する。

（発明か解決しようとする課題） 以上説明したように、従来の過熱器・再熱器の蒸気温度
制御装置においては、過熱器８および再熱器９の出口蒸
気温度と設定値の偏差に過不足があると、冷却水弁１４
．１５に開閉信号が与えられ、過熱器８と再熱器９の出
口蒸気温度は過不足なくコントロールされる。

しかしながら、上述のようなコントロールを行っても、
過熱器８と、蒸気タービン５．６と、再熱器９は直列的
に連結されているので、例えば、それまで冷却水量を適
正にコントロールしていた状態から、急に負荷を増大さ
せた場合、ガスタービンの排ガス流量と温度が上昇する
ため、過熱器８の吸熱量が増大し、これに見合うように
冷却水が増加する。

ところが、過熱器８は蒸気タービン５を介して再熱器９
に繋がっているため、過熱器８の蒸気温度変化か再熱器
９の温度制御の外乱となり、再熱器９の温度を大幅に変
化させることになる。

第５図は、中間負荷状態で、負荷を急激に増大および減
少させた時の熱量および蒸気流量（第５図ａ）と、それ
に対応する過熱器の蒸気温度（同図ｂ）と、再熱器の蒸
気温度（同図Ｃ）の変化の様子を示したもので、負荷増
大により過熱器と再熱器の交換流量か上昇し、蒸気流量
が増大するため、蒸気温度が上昇する。そこで、温度検
出器１６．１７で温度を検出し、温度調節計で冷却水弁
１４．１５に開信号を与えて冷却水を注水し、蒸気温度
を低下させるが、蒸気温度検出器での温度の検出遅れや
冷却水弁の動作遅れによって、蒸気温度は上昇または下
降する。負荷減少の場合も、上記と同様に蒸気温度は変
動する。

再熱器では、上記の蒸気温度変動に加えて、過熱器出口
蒸気が蒸気タービンを通って流入するため、過熱器から
の干渉があり、再熱器の入口温度は過熱器出口温度から
かなり遅れて変動する。このため、蒸気温度の変化は過
熱器に比べて大きくなり、蒸気は高温のまま蒸気タービ
ンに流出し、再熱器および蒸気タービンに大きな熱応力
を与えて、寿命を低下させることになる。また、負荷が
減少した場合には、蒸気温度が低下し、冷却水の水滴が
気化せず、再熱器および蒸気タービンに流れ、内部配管
の減肉をもたらすとともに、最悪の場合には、蒸気ター
ビンの水滴流入による損傷などか考えられる。

特に、複合発電設備では、繁雑な起動・停止を行い、ま
たその負荷変化も従来の汽力発電に比べて大きいため、
再熱器の温度変化も大きなものとなる。

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、停止および負荷変化時に生じる排ガスの流量や温度
変化に対し、過熱器および再熱器ともに、適正な冷却水
が減温器に送られるようにし、互いに干渉のない良好な
温度制御が可能な過熱器・再熱器の蒸気温度制御装置を
提供することを目的とするものである。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） 本発明の過熱器・再熱器の蒸気温度制御装置は、ガスタ
ービン、排ガスボイラおよび蒸気タービン等からなる複
合発電設備の排ガスボイラの過熱器・再熱器の蒸気温度
制御装置において、前記過熱器・再熱器の蒸気温度検出
値と設定値の偏差のフィードバック信号と、排ガス蒸気
流量・温度および蒸気流量のフィードフォワード信号と
から前記過熱器および再熱器の相互干渉を防止する非干
渉制御装置を設置し、これにより過熱器温度調節弁と再
熱器温度調節弁を制御することを特徴とするものである
。

（作用） 上述のように構成した本発明装置によれば、起動、停止
および負荷変化時に生じる排ガスの流量や温度変化に際
し、過熱器・再熱器とも、適正な冷却水が減温器に送ら
れ、互いに干渉のない良好な温度制御が可能となる。

（実施例） 次に、第１図を参照しながら本発明の詳細な説明する。

なお、第１図において、第３図および第４図におけると
同一部分には同一符号を付し、同一部分の説明は省略す
る。

第１図において、加算器３４．３６と比例積分微分演算
器３５．３７の間には、非干渉制御装置４０が介挿され
ている。

この非干渉制御装置４０は、加算器３４．３６と比例積
分微分演算器３５．３７の間に介挿された過熱器温度補
償器４１および再熱器温度補償器４２と、加算器３４の
出力を入力し、補償信号を再熱器側に出力する過熱器／
再熱器温度補償器４３と、加算器３６の出力を入力し、
補償信号を過熱器側に出力する再熱器／過熱器温度補償
器４４と、過熱器温度補償器４１および再熱器／過熱器
温度補償器４４の出力を加算し、その結果を比例積分微
分演算器３５に向けて出力する加算器４５と、再熱器温
度補償器４２および過熱器／再熱器温度補償器４３の出
力を加算し、その結果を比例積分微分演算器３７に向け
て出力する加算器４６とから構成されている。

このような構成の過熱器・再熱器の蒸気温度制御装置に
おいては、まず過熱器度検出器１６により過熱器出口蒸
気温度を検出し、これと過熱器出口温度設定器２５の設
定値とを比較器２７にて比較し、この偏差信号に検出器
の検出遅れを補正する排ガス流量フィードフォワード信
号、排ガス温度フィードフォワード信号、および加熱器
蒸気流量フィードフォワード信号を加え、過熱器温度補
償器４１により温度補償をした後、過熱器比例積分微分
演算器３５に加え、過熱器温度調節弁１４を駆動する。

同様に、再熱器側でも、再熱器出口温度検出器１７によ
り再熱器出口蒸気温度を検出し、これと再熱器蒸気温度
設定器２６の設定値とを比較器２７にて比較し、この偏
差信号に検出器の検出遅れを補正する排ガス流量フィー
ドフォワード信号、排ガス温度フィードフォワード信号
、および再熱器蒸気流量フィードフォワード信号を加え
、再熱器温度補償器４２により温度補償をした後、再熱
器比例積分微分演算器３７に加え、再熱器温度調節弁１
５を作動させる。

以上に加え、本発明では過熱器・再熱器への温度制御の
干渉、および再熱器から過熱器への温度制御の干渉を防
止する非干渉制御装置４０が使用されている。

まず、過熱器から再熱器への温度制御の干渉については
、過熱器を流れる蒸気は蒸気タービンを通して再熱器に
流れ込むので、過熱器から再熱器への干渉は過熱器から
再熱器まで流れる時間だけ遅れる無駄時間系として表さ
れる。この無駄時間系を含む制御はゲイン余裕が少なく
なるため、制御性が著しく低下するが、本発明では、過
熱器／再熱器非干渉補償器４３に無駄時間を含ませるこ
とにより、過熱器から再熱器へ蒸気が流れた時間に相当
する適正な信号を加えることができ、干渉による制御性
の低下および機器の損傷を防止することができる。

また、再熱器から過熱器への干渉については、再熱器出
口蒸気温度の上昇および低下により蒸気タービンの発生
出力に影響を与え、これによりガスタービンのａ力設定
の変化が排ガス流量・温度に変動を及ぼすため、上記と
同様に、再熱器／過熱器非干渉補償器４４によって適正
な信号を加えることにより、干渉による制御性の低下お
よび機器の損傷を防止することもできる。

第２図は、本発明装置において、中間負荷状態で、負荷
を急激に増大および減少させた時の熱量および蒸気流量
（第５図ａ）と、それに対応する過熱器の蒸気温度（同
図ｂ）と、再熱器の蒸気温度（同図ｃ））の変化の様子
を示したもので、非干渉制御装置４０により、過熱器・
再熱器の相互干渉がなくなり、温度変化は低下する。

このように、本発明装置においては、単一の温度制御と
して取扱うことができるので、干渉による温度上昇／低
下等の制御性の低下、機器の損傷を防止することができ
る。

［発明の効果コ 以上説明したように、本発明装置においては、過熱器と
再熱器の蒸気温度を検出して設定値と比較し、その偏差
と排ガス流量、排ガス温度、および蒸気流量のフィード
フォワード信号を加えたものに、過熱器と再熱器の相互
の干渉を防止する非干渉制御装置を加えて制御するよう
にしたので、頬繁に起動、停止および負荷変化する複合
発電設備においても、外乱に対して、過熱器・再熱器の
蒸気温度制御の追従性と応答性を向上させることができ
、過熱器・再熱器および蒸気タービンの過渡的な温度変
化による熱応力や水温の流入による二ローション等を防
止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の実施例を示す系統図、第２図は本
発明装置の特性説明図、第３図は複合発電設備の概略系
統図、第４図は従来の蒸気温度制御装置の系統図、第５
図は従来の制御装置における特性説明図である。 １・・・・・・・・・空気圧縮機 ２・・・・・・・・・燃焼器 ３・・・・・・・・・ガスタービン ４・・・・・・・発電機 ５・・・・・・高圧タービン ６・・・・・・低圧タービン ７・・・・・・・・排熱回収ボイラ ８・・・・・・・・過熱器 ９・・・・・・・再熱器 １０・・・・・・・・・蒸発器 １１・・・・・・・・・ドラム １２．１３・・・減温器 １４．１５・・・冷却水弁 １６・・・・・・・・・過熱器出口温度検出器１７・・
・・・・・・再熱器出口温度検出器１８．１９・・・減
温器出口蒸気温度検出器２０．２１・・減温器入口流量
検出器 ２２・・・・・・・・・過熱器入口排ガス温度検出器２
３・・・・・・・・・再熱器入ロ排ガス温度検ａ器２４
・・・・・・・・排ガス流量検出器２５・・・・・・・
・過熱器出口温度設定器２６・・・・・・・・・再熱器
蒸気温度設定器２９・・・・・・・・・過熱器蒸気流量
フィードフォワード演算器 ３０・・・・・・・・・再熱器蒸気流量フィードフォワ
ード演算器 ３１・・・・・・・過熱器排ガス温度フィードフォワー
ド演算器 ３２・・・・・・・・再熱器排ガス温度フィードフォワ
ード演算器 ３３・・・・・・・・・排ガス流量フィードフォワード
演算器 ３５．３７・・・比例積分微分演算器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ガスタービン、排ガスボイラおよび蒸気タービン等から
   なる複合発電設備の排ガスボイラの過熱器・再熱器の蒸
   気温度制御装置において、前記過熱器・再熱器の蒸気温
   度検出値と設定値の偏差のフィードバック信号と、排ガ
   ス蒸気流量・温度および蒸気流量のフィードフォワード
   信号とから前記過熱器および再熱器の相互干渉を防止す
   る非干渉制御装置を設置し、これにより過熱器温度調節
   弁および再熱器温度調節弁を制御することを特徴とする
   複合発電設備における過熱器・再熱器の蒸気温度制御装
   置。