JPH0411727B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、タービンプラントの制御方法および
その装置に関し、詳しくは反応炉等の流体の圧力
源から流出する流体の圧力を制御する流体圧制御
装置と、タービン制御装置との協調動作により、
圧力源に対する外乱およびタービンの運転状態の
変化に対しても、圧力源に悪影響を及ぼすことな
く、タービンプラントを十分安全に運転すること
を可能にしたタービンプラントの制御方法および
その装置に関する。

第１図は、高炉プラントの排ガス系統にタービ
ンプラントを付設した通常の高炉ガスエネルギ回
収タービンプラントの構成例を示すものである。

高炉プラント１において、高炉２からの排ガス
は集塵器３で集塵された後、圧力調整弁７を介し
て下流に送られている。この場合、高炉２の炉頂
圧P_Bが炉頂圧検出器４で検出され、この圧力を
炉頂圧設定器５で設定された値に保持するよう炉
頂圧調節計６が演算し、その出力信号で前記圧力
調節弁７を駆動することによつて、高炉２の炉頂
圧力が制御されている。

一方、エネルギ回収タービンプラント１１にお
いては、前記集塵器３を通過した高圧の排ガスを
調速弁１２を介して回収タービン１３に導き、そ
こで回収されたエネルギを機械エネルギまたは電
力等のエネルギに変換するなどして負荷１４に供
給している。

この場合、回収タービン１３の出力軸の回転数
が速度検出器１６で検出され、この速度を速度設
定器１７で設定された値に保持するよう速度調節
計１８が演算し、その出力信号で前記調速弁１２
を駆動することによつて回収タービン１３の回転
速度が調節されている。

このようなエネルギ回収タービンプラントで
は、高炉の原料装入や吹抜けによる流体の流出量
の変動や、タービンの起動、停止を含むタービン
側から高炉に与える外乱に対して、圧力調整弁上
流の流体圧力を設定値に保持することができず、
かつ流体をできるだけ多く回収タービンに導きエ
ネルギ回収率を上げることができないという欠点
がある。

これを解決する１つの方法として従来では、通
常運転時には圧力調整弁７は全閉状態にし、調速
弁１２により炉頂圧制御を行い、高炉の異常時や
タービンの起動停止時、さらに調速弁１２の制御
範囲を越えた場合などにおいては圧力調整弁７を
作動させる方法が考えられた。この方法もまた高
炉ガス流量が少なくなつた場合、炉頂圧力を一定
に保つために調速弁が流量を絞るための絞り損失
が大きくエネルギ回収効率が低くなるという問題
をかかえていた。

本発明の第１の目的は、上記問題点を解決する
ために、タービンプラントから調速弁を削除し、
その代わりに可変静翼の角度を０％から100％ま
で（全閉から全開まで）変化させることにより、
タービンプラントのエネルギ回収率を高め、ガス
流量の変動に対してもタービンに導かれるガス流
量を調整でき、かつタービンの急激な変化な対し
圧力源の異常な圧力上昇を防止し、加えて圧力源
の人為的な降圧操作を容易にするタービンプラン
トの制御方法およびその装置を提供することにあ
る。

本発明の目的をもう少し詳しく述べると、圧力
源から流出される流体の圧力を、タービンの停止
時にはその流路に設置された圧力調整弁および
“圧力調整弁による流体圧制御装置”により制御
し、タービンの運転時には圧力調整弁を全閉状態
に保ち、圧力源から排出される流体の全量をター
ビンに導き、可変静翼を“タービンによる流体圧
制御装置”からの制御信号により駆動し、圧力源
の流体圧力を設定値に保つて運転し、タービンに
よるエネルギ回収率を向上させることである。

さらに、可変静翼の制御範囲を越える大きな圧
力変動に対しては、圧力調整弁を作動させて圧力
源の流体圧力を制御することにより、圧力源およ
びその流出系統の運転状態に悪影響を及ぼすこと
なく、かつ回収タービンによるエネルギ回収率を
向上させることである。

さらに、タービンが異常状態となり、トリツプ
または負荷遮断のような急激な変化がタービン側
に発生した場合に、その変化が発生する直前の静
翼の角度から演算したフイードフオワード補償信
号を発生させ、流体圧制御装置を介して圧力調整
弁を圧力源の圧力上昇に先行して開くことによ
り、圧力源の異常な圧力上昇を防ぐことである。

加えて、圧力源における人為的な降圧操作に対
し、“タービンによる流体圧制御装置”での制御
を避けるため、便宜的に静翼の開度を保持するこ
とにより、圧力源の降圧操作を容易にすることで
ある。

そして、以上の第１の目的を達成するために必
要な機能をもたせた“タービンによる流体圧制御
装置”によつて、圧力源から流出される流体の保
有するエネルギを効率よく変換し、かつ圧力源に
悪影響を与えることなく、さらに悪影響の諸操作
を安全かつ容易に行うことを可能にするものであ
る。

本発明は、流体の流路に設置された圧力調整弁
およびその圧力調整弁を駆動し、圧力調整弁の上
流側の流体の圧力を設定値に保持するための“圧
力調整弁による流体圧制御装置”および前記圧力
調整弁と並列に設置された可変静翼を有するター
ビンと、可変静翼を駆動し、それらの上流側の流
体圧力を制御する“タービンによる流体圧制御装
置”と、から構成されるエネルギ回収タービンプ
ラントの制御方法において、 圧力調整弁の上流側の流体の圧力を、“圧力調
整弁による流体圧制御装置”の圧力設定値より若
干低い圧力設定値に保持するために、前記“ター
ビンによる流体圧制御装置”で検出した上流側の
流体圧力をもとに演算された流体圧制御信号によ
り、各流体圧制御信号の大きさに応じて、可変静
翼を駆動し、 通常および流体圧力が大きく低下したときは、
上流側の流体圧力を、“圧力調整弁による流体圧
制御装置”の圧力設定値より若干低い設定値に保
つべく可変静翼を差動させて制御し、 流体圧力が大きく上昇し可変静翼による制御範
囲を越えた場合には、若干高い設定値で全閉状態
で待機している圧力調整弁を開方向に作動して、
流体圧力を制御し、 タービン通過ガス流量が小さい場合には、全静
翼のうち、特定の静翼のみ開閉させ、残りの静翼
の静翼角は全閉状態に保ちタービン通過ガス流量
を微調節し、逆に、タービン通過ガス流量が大き
い場合には全静翼を同一又は略同一角度で開閉さ
せ、回収タービンを通過する高炉ガス流量を調節
することを特徴とするエネルギ回収タービンプラ
ントの制御方法である。

また本発明は、前記タービンを危急停止させる
か出力を大幅に低下させる場合、異常信号を受け
てタービンを通過する流体の流量変化量を演算
し、 さらにその流量変化量を吸収する圧力調整弁の
開度増加分を演算し、 異常信号が出力されると同時に上流側の流体圧
力が上昇する前に圧力調整弁を開かせるために、
前記演算された開度増加分だけさらに開度を増加
分させることを特徴とする。

また本発明は、前記“タービンによる流体圧制
御装置”において、外部により静翼角度ロツク指
令信号が発令された場合、 可変静翼のピツチ角をその位置に保持し、別途
解除の指令が発令されるまでその状態を保持する
ことを特徴とする。

また本発明は、流体の流路に設置された圧力調
整弁およびその圧力調整弁を駆動し、圧力調整弁
の上流側の流体の圧力を設定値に保持するための
“圧力調整弁による流体圧制御装置”および前記
圧力調整弁と並列に設置された可変静翼を有する
タービンと、可変静翼を駆動し、それらの上流側
の流体圧力を制御する“タービンによる流体圧制
御装置”とから構成されるエネルギ回収タービン
プラントの制御装置において、 圧力調整弁の上流側の流体の圧力を“圧力調整
弁による流体圧制御装置”の圧力設定値より若干
低い圧力設定値に保持するための、圧偏差設定器
と圧力調節計とを有する圧力制御部と、この信号
を受けて可変静翼駆動信号を出力するための、静
翼駆動信号選択部と、この出力信号でもつてター
ビンの静翼ピツチ角を駆動する静翼駆動機を具備
し、 該静翼制御機構は、静翼駆動信号選択部からの
信号を受け、これを一部静翼制御信号と残り静翼
駆動信号に分割し各々に信号を出力し、該静翼駆
動信号選択部からの信号が小さい場合すなわちタ
ービン通過ガス流量が小さい場合には、全静翼の
うち、特定の静翼のみ開閉させ、残りの静翼の静
翼角は全閉状態に保ちタービン通過ガス流量を微
調節し、逆に、該静翼駆動信号選択部からの出力
信号が大きい場合、すなわち、タービン通過ガス
流量が大きい場合には全静翼を同一又は略同一角
度で開閉させ、回収タービンを通過する高炉ガス
流量を調節する機能を有する静翼制御機構を有す
ることを特徴とするエネルギ回収タービンプラン
トの制御装置である。

また本発明は、可変静翼駆動信号選択部と静翼
駆動機の間に記憶回路を設けると共に、フイード
フオワード信号演算設定器とフイードフオワード
信号発信器とからなるフイードフオワード信号演
算部を介在させ、 前記圧力調整弁を増開させることを特徴とす
る。

また本発明は、前記圧力制御部と静翼角度駆動
信号選択部の間に、経路断続器から成る静翼角度
ロツク信号演算部を介在させ静翼角度ロツク指令
信号が印加された場合には、圧力制御部からの流
体圧制御信号を切断し、前記静翼角度信号選択部
から記憶回路を経由し、静翼角度駆動信号選択部
にフイードバツクされる信号を導通させるが、通
常時（すなわち静翼角度ロツク指令信号が解除さ
れているとき）には、圧力制御部から出力される
流体圧制御信号を導通させ、前記、記憶回路を経
由してフイードバツクされる信号を遮断すること
を特徴とする。

以下、本発明をその実施例に基づいて詳細に説
明する。

第２図は、高炉ガスエネルギ回収タービンプラ
ントの制御ブロツク図である。高炉プラント１に
おける“圧力調整弁による流体圧制御装置”８の
炉頂圧調節計６は、高炉２の上部に設けられた炉
頂圧力検出器４で検出した炉頂圧力P_Bを、炉頂
圧設定器５で設定された炉頂圧設定値P_BSに一致
させるように、集塵器３を介して高炉２の排ガス
を流過させる経路に介在された圧力調整弁７を駆
動し、高炉２の炉頂圧を制御するものである。

一方、エネルギ回収タービンプラント１１は、
前記圧力調整弁７と並列に設置された可変静翼１
５を有する回収タービン１３の可変静翼１５を駆
動し、それらの上流側の流体圧力を制御する“タ
ービンによる流体圧制御装置”２６とから構成さ
れる。

この“タービンによる流体圧制御装置”２６
は、圧力制御部３０、記憶回路６０、フイードフ
オワード信号演算部７０、静翼角度ロツク演算部
８０および静翼駆動信号選択部５０を有してい
る。

炉頂の圧力を制御する前記圧力制御部３０は、
炉頂圧設定器５で設定された炉頂圧設定値P_BSを
受けて圧偏差△P_BSを減じる圧偏差設定器３１と、
この出力を炉頂圧検出器４で検出された炉頂圧力
P_Bと比較減算し、比例、積分、微分等の適当な
演算を施す圧力調節計３２とを含み、回収タービ
ン１３による炉頂圧制御信号とを静翼角度ロツク
演算部８０を経由して静翼駆動信号選択部５０に
出力する。

前記記憶回路６０は、高炉プラント１またはエ
ネルギ回収タービンプラント１１に異常が発生し
たことを示す異常信号Ｅが異常検知回路６１から
発令されると、その異常信号Ｅが発令される直前
の静翼角度を指令する静翼駆動信号ηG（−０）を
記憶する機能を有する。

前記フイードフオワード信号演算部７０は、フ
イードフオワード信号演算設定器７１とフイード
フオワード信号発信器７２とを含む。フイードフ
オワード信号演算設定器７１には、前記記憶回路
６０からの出力信号ηG（−０）と、異常信号Ｅの
発令後に変化した静翼駆動信号ηG（＋０）が入力
され、静翼および圧力調整弁７の流量特性をもと
に、異常信号Ｅの発令前後の回収タービン１３の
通過ガス流量の変化量を演算し、さらにそのガス
流量の変化量に相当する圧力調整弁７の開度増加
分を演算し、その開度を設定するものである。

フイードフオワード信号発信器７２は、前記異
常信号Ｅが発令された場合にのみ、上記フイード
フオワード信号演算設定器７１から出力される圧
力調整弁開度設定信号ξaと圧力調整弁実開度信
号ξbとが一致するまで、圧力調整弁７に対し開
信号を出力し続ける機能を有する。

静翼角度ロツク演算部８０は、例えばリレーな
どの経路断続器８１であり、静翼角度ロツク指令
信号Ｌを静翼角度ロツク指令信号８３から受ける
と、静翼１５による炉頂圧制御のための信号ξの
回路を遮断するほか、静翼駆動信号選択部５０の
出力側から記憶回路６０を介して入力側にフイー
ドバツクされている電路８２を導通状態にするも
のである。したがつて、可変静翼１５による炉頂
圧制御機能を停止させると同時に、可変静翼１５
の開度をその開度に保持する機能を有する。な
お、炉頂圧力P_Bが復旧した時点で静翼角度ロツ
ク指令信号Ｌは解除される。

前記静翼駆動信号選択部５０は、低位信号選択
機能を有し、上記炉頂圧制御信号ξ、静翼角度制
限信号ξL、回転数制御信号ξNの信号が入力され
る。これら入力信号のうち一番低位の信号が選択
され可変静翼１５の開度を指令する静翼駆動信号
ηGとして自動的に選択出力され、可変静翼１５
を駆動する。なお、上記静翼角度制限信号ξLま
たは回転数制御信号ξNが選択されるのは、エネ
ルギ回収タービンプラント１１の起動や停止時な
ど特別な運転状態においてのみ選択される。

第２Ａ図は、圧力調節計３２から導出される流
体圧制御信号ξと記憶回路６０から導出される可
変静翼駆動信号η_Gとの関係を示すグラフである。
また第２Ｂ図は、可変静翼駆動機２５において、
可変静翼駆動信号η_Gを入力として静翼開度θ_VOと
の関係を示すグラフである。可変静翼駆動信号η_G
が零であるときには、静翼回路θ_VOは全閉であり、
可変静翼駆動信号η_Gによつて静翼回路θ_VOは０〜
100％の間で作動する。

以上詳細に述べた構成によれば、エネルギ回収
タービンプラント１１の制御は次のように行われ
る。

先ず、炉頂圧の制御について説明する。

ここで、炉頂圧の制御とは、高炉排ガスの保有
エネルギを効率よく回収するため、圧力調整弁７
を通過する排ガス流量をできるかぎり減らし、で
きれば全閉にして回収タービン１３にできるだけ
多くの排ガスを供給すること、可変静翼１５を用
いて流量を調節すること、さらに、可変静翼１５
の制御範囲を越える大きな排ガス流量の変動に対
しては、圧力調整弁７を作動させ、制御範囲を補
うことである。したがつて通常の高炉２側で発生
する排ガス流量の変動に対しては、可変静翼１５
による炉頂圧制御を行い、圧力調整弁７をその制
御系を生かした状態でかつ全閉の状態で待機させ
ておくことである。

この作動を具体的に述べれば、高炉プラント１
の高炉２の炉頂圧は、“圧力調整弁による流体圧
制御装置”８を構成する炉頂圧力検出器４で検出
された炉頂圧力P_Bを、炉頂圧設定器５で設定さ
れた炉頂圧設定値P_BSに一致させるように、炉頂
圧調節計６でもつて圧力調整弁７を駆動して制御
される。

一方、エネルギ回収タービンプラント１１の
“タービンによる流体圧制御装置”２６において
は、その圧力制御部３０が前記炉頂圧設定器５で
設定された炉頂圧設定値P_BSを受けて、圧偏差設
定器３１で設定される圧偏差△P_BSを減じ、さら
に圧力調節計３２において炉頂圧力P_Bと比較減
算して、比例、積分、微分等の適当な演算を施
し、回収タービン１３による炉頂圧を制御する流
体圧制御信号ξを出力する。この流体圧制御信号
は、静翼ロツク演算部８０を通過して、静翼駆動
信号選択部５０に入力される。

静翼駆動信号選択部５０では、流体圧制御信号
ξのほか静翼角度制御信号ξL、回転数制御信号
ξNなどの信号が入力され、そのうち一番低位の
信号を静翼駆動信号ηGとして自動的に選択出力
し、可変静翼１５を駆動する。

前述したごとく、高炉プラント１の炉頂圧設定
器５で設定された炉頂圧設定値P_BSに対し、回収
タービン１３による炉頂圧力制御の設定値はP_BS
−△P_BSで、△P_BSだけ低い値に設定されている。
したがつて、回収タービン１３が炉頂圧力を制御
している場合には、圧力調整弁７は自動的に全閉
状態で炉頂圧力の上昇に対し待機している。

したがつて、エネルギ回収タービンプラント１
１が通常の運転状態にある場合（ξO＜ξ＜
ξmax）には、可変静翼１５により炉頂圧力が制
御される。また、高炉２の吹抜けなどの現象で排
ガス流量が異常に増加し、可変静翼１５が上限に
達してもなお炉頂圧力が上昇する場合には、若干
高い炉頂圧設定値P_BSで待機している圧力調整弁
７が開いて炉頂圧力を制御する。

このように、高炉プラント１の“圧力調整弁に
よる流体圧制御装置”８およびエネルギ回収ター
ビンプラント１１の“タービンによる流体圧制御
装置”２６の炉頂圧制御機能が互いに協調して、
高炉の排ガスエネルギを効率よく回収すると同時
に、高炉プラント１の減風や吹抜けなどの異常時
にも十分安全に、エネルギ回収タービンプラント
１１を運転することが可能になる。

次にフイードフオワード補償について説明す
る。高炉プラント１またはエネルギ回収タービン
プラント１１に異常が発生し、回収タービン１３
を危急停止させる必要がある場合、または無負荷
定格回転数相当の出力まで回収タービン１３の出
力を下げる必要がある場合がある。これらの場合
に回収タービン１３を通過するガス流量の急減分
を圧力調整弁７を急開して逃がし、炉頂圧力を一
定に保つ必要がある。この圧力調整弁７を所定開
度だけ急開させるために、フイードフオワード補
償信号が発令される。

異常信号Ｅが発令されると、記憶回路６０は、
上記異常信号Ｅが発令される直前の静翼駆動信号
ηG（−０）を記憶している。

したがつて、フイードフオワード信号演算部７
０のフイードフオワード信号演算設定器７１で
は、上記記憶回路６０からの静翼駆動信号ηG（−
０）と、異常信号Ｅ発令後に変化した静翼駆動信
号ηG（＋０）とが入力され、可変静翼１５および
圧力調整弁７の流量特性をもとに、異常信号発令
前後の回収タービン１３の通過ガス流量の変化量
を演算し、さらにそのガス流量の変化量に相当す
る圧力調整弁７の開度増加分を演算し、圧力調整
弁７の開度を設定する。

フイードフオワード信号発生器７２では前記異
常信号Ｅが発令された場合にのみ、フイードフオ
ワード信号演算設定器７２から出力される圧力調
整弁開度設定信号ξaと、圧力調整弁実開度信号
ξbとが一致するまで、圧力調整弁７に対し開信
号を出力し続ける。

以上、フイードフオワード信号演算部７０の機
能により、回収タービン１３を通過するガス流量
の急激な高炉２の炉頂圧力に影響を及ぼす以前
に、可及的速やかに圧力調整弁７が開き、高炉２
の炉頂圧力P_Bの過渡的な変化（上昇）を抑え、
エネルギ回収タービンプラント１１の異常による
危急停止や、大きな負荷変化が予想される場合
に、高炉２の操業に何ら悪影響を与えることな
く、エネルギ回収タービンプラント１１を運転す
ることができる。

次に、可変静翼１５のロツクについて説明す
る。高炉２の出銑作業時や異常時などには、高炉
への送風流量を減少させるだけで炉頂圧設定値を
下げることなく炉頂圧力を下げ、高炉側での作業
が終了した時点から再び送風流量を増加させ、炉
頂圧制御を復帰させることが要求される。エネル
ギ回収タービンプラント１１が通常の運転中にこ
の要求を満たすためには、送風流量が減少しその
結果高炉２からの排ガス流量が減少しても、回収
タービン１３の可変静翼１５をその位置に保持
し、一時的に回収タービン１３による炉頂圧制御
機能を停止させておく必要がある。今静翼角度ロ
ツク指令回路８３から静翼角度ロツク指令信号Ｌ
が発令されると静翼角度ロツク演算部８０では静
翼角度ロツク指令信号Ｌにより、経路断続器８１
を切換え、可変静翼１５による流体圧制御信号ξ
の回路を遮断し、静翼駆動信号選択部５０の出力
側から記憶回路６０を経由し入力側にフイードバ
ツクされている回路８２を導通状態にする。この
ようにして、可変静翼１５による炉頂圧制御機能
を停止させると同時に、可変静翼１５の角度をそ
の角度に保持させる。

そして、炉頂圧力P_Bが復旧した時点で、静翼
角度ロツク指令信号Ｌを解除することにより、回
収タービン１３は、円滑に炉頂圧制御を再開す
る。

以上、詳細に説明したように、高炉プラント１
の“圧力調整弁による流体圧制御装置”の機能
と、エネルギ回収タービンプラントの“タービン
による流体圧制御装置”の機能、フイードフオワ
ード補償機能、可変静翼を保持する静翼ロツク機
能、さらに上記各機能の協調によつて、高炉プラ
ント１の操業に何ら悪影響を与えることなく、エ
ネルギ回収タービンプラントを効率よくかつ安全
容易に運転することが可能となる。

次に回収タービン１３の負荷１４が発電機のよ
うなものである場合、タービンを起動させた後、
電力系統へ同期投入するためにタービンの回転数
を精密に制御する必要がある。この場合、無負荷
定格回転数を維持するためのガス流量は定格負荷
時のガス流量の10％程度である。この微少流量を
制御するには、静翼駆動信号ηGで全静翼を同時
に駆動したのでは、感度が高すぎて回転数制御が
不安定になることが判つた。

本発明は、上述の技術的課題を解決し、かつ定
常状態の運転では全ての静翼が同じ又は略同一角
度で変化し、高炉ガスの流れに乱れを生ぜしめな
い静翼制御機構と、この機構を用いた高炉ガスエ
ネルギ回収タービンプラントの制御方法を提供す
る。

第３図は、上述の目的を達成するための本発明
の一実施例の主要部である静翼駆動機構２５の機
能を示すブロツク図である。タービンによる流体
圧制御装置２６の静翼駆動信号選択部５０から送
出される静翼駆動信号ηGは、信号変換部９の二
つの変換器９１および９２にラインｌ１を介して
与えられ、それぞれ信号変換されて出力信号η１
およびη２をラインｌ２およびｌ３に送出する。
静翼駆動器５２１は、ラインｌ２を介して出力信
号η１を受信し、静翼駆動器５２２はラインｌ３
を介して出力信号η２を受信する。したがつて静
翼駆動桿５３１および５３２は駆動し、各機械変
位量ｘ１およびｘ２に変換され、一部の静翼５１
１の静翼角θ１および残りの静翼５１２の静翼角
θ２をそれぞれ駆動するよう構成されている。こ
こで第３図ａは全開状態をまた第３図ｂは一部静
翼が微開、残り静翼は閉の状態を示す。

第４図は、前述のように構成した場合の静翼駆
動信号選択部５０から送出される静翼駆動信号
ηGと一部の静翼５１１の静翼角θ１および残り
の静翼５１２の静翼角θ２との設定の関係を示
す。第４図に示すように設定することにより静翼
駆動信号ηGの小さい０≦ηG＜ηAの範囲では、
一部の静翼５１１のみが角度変化するだけで、残
りの静翼５１２は全閉を保ち、次に静翼制御信号
が増大し、ηA≧ηG＜ηBの範囲に入ると、前記
一部の静翼５１１は予め定めた一定角度で静止し
ており、残りの静翼５１２が角度変化する。さら
に静翼制御信号ηGがηG≧ηBになると、全ての静
翼５１１が同じ角度で角度変化する。このように
構成することにより回収タービン１３の起動から
同期投入までのように静翼で微少な流量を制御す
る必要がある場合すなわち静翼駆動信号ηGがηA
より小さい範囲で作動する場合には、一部の静翼
５１１の角度のみ変化させるべく操作すればよく
ガス流量の制御が容易になる。さらに回収タービ
ン１３の炉頂圧力制御状態で運転される通常の運
転状態、すなわち静翼駆動信号ηGが定格運転点
ηRの近傍で作動する場合には、全ての可変静翼
１５が全て同じ角度で変化するため可変静翼１５
の後流に乱れを発生することもなく回収タービン
１３は安定に運転され、発電機のような負荷１４
を駆動して高炉ガスの保有するエネルギを電力に
変換して回収することができる。

以上述べたように本発明の一実施例は、静翼駆
動信号選択部５０から出力される静翼駆動信号
ηGにより駆動される変換器９１および９２から
成る信号変換部９、各静翼駆動器５２１および５
２２ならびに各静翼駆動桿５３１および５３２か
ら構成される静翼駆動機構２５については、信号
変換部９は信号レベルの変換器として機能し、ま
たその出力で駆動される。各静翼駆動器５２１お
よび５２２は、信号レベルの出力信号η１および
η２を受信し、機械変位ｘ１およびｘ２に変換す
るサーボ機構を例にとつて説明した。

第５図は、前記サーボ機構の他の実施例であ
る。静翼駆動信号選択部５０からの静翼駆動信号
ηGを直接たとえばサーボ機構から成る複合カム
駆動器５２ａに入力し、たとえば第６図に示すよ
うな複合カム１０を駆動し、矢符ｙ方向に変位さ
せ、これによつて各静翼駆動桿５３１および５３
２を駆動するように静翼駆動機構２５を構成する
ことも可能である。

第７図は、静翼駆動機構２５のさらに他の実施
例である。静翼駆動信号選択部５０からの静翼駆
動信号ηGを直接サーボ機構からなる連桿駆動器
５２ｂに与え、連桿駆動器５２ｂは一本の静翼駆
動桿５３０を駆動する。さらに静翼駆動桿５３０
と各静翼駆動連桿５４０との接合部に関し、残り
の静翼５１２を駆動する静翼駆動連桿５４２は、
静翼駆動桿５３０とだ円形の溝部５５２で回転自
在かつ上下変位が可能なように接合され、さらに
上下にばね５６２で付勢されて取付けられてい
る。したがつて第７図ａ，ｂ，ｃの順に全ての可
変静翼１５が全開状態から閉じる方向すなわち静
翼駆動連桿５３０が移動すると、第７図ｂで一部
静翼５１１は部分開の状態にあるが残りの静翼５
１２は全閉状態となる。さらに静翼駆動桿５３０
が下方に移動すると、第７図ｃの状態すなわち一
部静翼５１１も全閉状態となる。この場合残り静
翼５１２を駆動する静翼駆動連桿５４２の先端
は、だ円形の溝部５５２の溝部中で、下端に引付
けられているばね５６２の力に反し溝部５５２の
下端から離れることにより静翼駆動桿５３０の下
方への移動を可能にする。

第８図は、前記の第７図のように静翼駆動機構
２５を構成した場合、静翼駆動信号ηGと一部静
翼５１１の静翼角θ１および残りの静翼５１２の
静翼角θ２との関係を示す。この場合も静翼駆動
信号ηGが減少開度を要求する０＜ηG＜ηAの範
囲にあれば、一部静翼５１１のみが静翼角θ１を
開き、また正常な運転領域であるηG＝ηRの近傍
では一部静翼５１１も残り静翼５１２も略同一の
静翼角で変化し高炉ガス流量を調節することを可
能にする。

以上実施例で示したように静翼駆動機構２５を
電気式、流圧式、機械式またはそれらを組合わせ
た機構を用いて実現し、回収タービン１３の可変
静翼１５の一部の静翼５１１と残りの静翼５１２
を微少開度では、一部の静翼５１１のみの開度を
変化させ、残りの静翼５１２は全閉状態に保つ。
また回収タービン１３の正常な運転領域すなわち
可変静翼１５が十分な開度を開いて運転する場合
には、一部静翼５１１を残りの静翼５１２も同一
または略同一の静翼角で変化することにより、回
収タービン１３の従来の回収タービン１３が有し
ていた調速弁による絞り機能を削除しても起動か
ら正常な運転域での運転が、安全に、静かにかつ
効率よく行うことができる。

以上のように静翼駆動機構２５を構成し、かつ
タービンによる流体圧制御装置２６と結合して制
御することにより発電機の同期投入時など微少流
量の調節が必要なところでは、一部静翼の静翼角
のみを変更させるだけであるため精密な流量調節
が可能でかつ騒音も少なくすることができる。ま
た、通常運転時などには、原料装入などによる高
炉排出ガスの流量変動に対して全静翼を同じ角度
で同じように変化させ、炉頂圧力制御するため、
流体に乱れを起こすことはなく、その結果効率の
よいエネルギの回収が行われることになる。

以上述べたタービンプラントの制御装置の構成
および機能の説明から、(1)「流体の流路に設置さ
れた圧力調整弁７およびその圧力調整弁７を駆動
し、圧力調整弁７の上流側の流体の圧力を設定値
に保持するための“圧力調整弁による流体圧制御
装置”８および前記圧力調整弁７と並列に設置さ
れた可変静翼１５を有する回収タービン１３の、
可変静翼１５を前述の静翼駆動機構２５を介して
駆動し、それらの上流側の流体圧力を制御する
“タービンによる流体圧制御装置”２６とから構
成されるタービンプラントにおいて、圧力調整弁
７の上流側の圧力を、“圧力調整弁による流体圧
制御装置”８の圧力設定値より若干低い圧力設定
値に保持するために、前記“タービンによる流体
圧制御装置”２６で検出した上流側の流体圧力を
もとに演算された流体圧制御信号ξにより、可変
静翼１５を駆動し、通常は上流側の流体圧力を圧
力調整弁による流体圧制御装置”８の圧力設定値
より若干低い設定値P_BS−△P_BSに保つべく可変静
翼１５を作動させて制御し、流体圧力が大きく上
昇し可変静翼１５による制御範囲を越えた場合に
は、若干高い設定値で全閉状態で待機している圧
力調整弁７を開方向に作動して、流体圧力を制御
することができる。

(2)次に圧力調整弁による流体圧制御装置８とタ
ービンによる流体圧制御装置２６の協調動作によ
り、タービンの危急停止時や、出力の大幅低下時
などに異常信号Ｅを受けて、回収タービン１３を
通過する流体の流量変化量およびそれを吸収する
圧力調整弁７の開度増加分を記憶回路６０、およ
びフイードフオワード信号演算部７０で演算し、
異常信号Ｅが出力されると同時に、上流側の流体
圧力が上昇する前に圧力調整弁７を開かせるため
に、上流側の流体圧の上昇を小さく抑えることが
できる。

(3)タービンによる流体圧制御装置外部から静翼
角度ロツク指令信号Ｌが印加されると、可変静翼
１５のピツチ角をその位置に保持し、ロツク解除
指令があるまでその状態を保持する。これにより
高炉プラント１側での高炉の減圧作業などが容易
に出来る。

(4)さらに静翼駆動機構２５を、一部静翼５１１
と残り静翼５１２を分離して駆動し、回収タービ
ン１３を通過するガス流量が少なくかつ微調節す
る必要がある場合には、一部の静翼５１１のみを
開閉させ、残り静翼５１２は全開状態に保ち、逆
に回収タービン１３が定格負荷あたりで作動する
場合には全ての可変静翼１５が同一又は略同一角
度で駆動されるよう構成することにより、発電機
の同期投入時など、微少流量調整が可能となり、
回転数制御安定化させ、かつ、絞りによる騒音も
小さくなる。また、タービンの定格負格点近傍で
の運転に対しては全静翼が同一又は略同一角度で
作動するため、下流の静翼に対し、整流されたガ
スが流れるため悪影響を与えることもない。

以上述べたように圧力調整弁による流体圧制御
装置８、タービンによる流体圧制御装置２６およ
び静翼駆動機構２５で可変静翼１５が駆動され
る。回収タービン１３の各々の協調動作により、
タービンプラントは容易に制御することができ
る。

なお、本発明は、高炉ガスエネルギ回収タービ
ンプラントを例にとつて説明したが、一般に流体
の流路に設置され、その上流側の流体の圧力を一
定値に保持する機能を有する圧力調整弁と、これ
に並列に可変静翼を有するタービンを設置した全
てのプラントに対し適用できることは勿論であ
る。

以上のように本発明では、通常および流体圧力
が大きく低下したときに、可変静翼のみで制御を
行い、流体圧力が大きく上昇したときには圧力調
整弁を開いて制御を行う。先行技術では高炉ガス
流量が少なくなつたとき、炉頂圧力を一定に保つ
ために調速弁が流量を絞るための絞り損失が大き
く、エネルギ回収率が低くなつていたけれども、
本発明はこの問題を解決するために、調速弁を用
いず、可変静翼を全閉から全開まで変化させてエ
ネルギ回収効率を向上することが可能になる。

特に本発明では、タービンを通過する流体の流
量が極端に小さくなつたとき、上述のように調速
弁を制御するのではなく、たとえば20〜30ある全
ての静翼のうち、予め定める特定の静翼のみを開
閉制御し、残りの静翼を全閉として微調整を行
う。これによつて調速弁を制御する先行技術に比
べて、出力の増加を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は通常の高炉ガスエネルギ回収タービン
プラントの系統図、第２図は本発明の一実施例で
ある高炉ガスエネルギ回収タービンプラントの制
御系ブロツク図、第２Ａ図は圧力調節計３２から
導出される流体圧制御信号ξと記憶回路６０から
導出される可変静翼駆動信号η_Gとの関係を示すグ
ラフ、第２Ｂ図は静翼駆動機２５において可変静
翼駆動信号η_Gに対応して静翼回路θ_VOの関係を示
すグラフ、第３図は第２発明の一実施例の主要部
のブロツク図、第４図は静翼駆動機構５０から送
出される静翼駆動信号ηGと一部の静翼５１１の
静翼角θ１および残りの静翼５１２の静翼角θ２
との設定の関係を示すグラフ、第５図は静翼駆動
機構２５の第２発明の他の実施例の構成図、第６
図は複合カム１０の変位方向を説明するための
図、第７図は静翼駆動機構２５の第２発明のさら
に他の実施例、第８図は第７図のように静翼駆動
機構２５を構成した場合の静翼駆動信号ηGと一
部の静翼５１１の静翼角θ１および残りの静翼５
１２の静翼角θ２との関係を示すグラフである。 ７…圧力調整弁、８…圧力調整弁による流体圧
制御装置、１１…エネルギ回収タービンプラン
ト、１２…調速弁、１３…回収タービン、１５…
可変静翼、２５…静翼駆動機、２６…タービンに
よる流体圧制御装置、３０…圧力制御部、３１…
圧偏差設定器、３２…圧力調節計、５０…静翼駆
動信号選択部、６０…記憶回路、７０…フイード
フオワード信号演算部、７１…フイードフオワー
ド信号演算設定器、７２…フイードフオワード信
号発信器、８０…静翼角度ロツク演算部、８１…
経路断続器、８２…静翼角度ロツク指令回路、ξ
…流体圧制御信号、ηG…静翼駆動信号、Ｌ…静
翼角度ロツク指令信号、Ｅ…異常信号、９…信号
変換部、９１，９２…変換器、５１１…一部の静
翼、５１２…残りの静翼、５２１，５２２…静翼
駆動器、５３０，５３１，５３２…静翼駆動桿、
５４２…静翼駆動連桿、５５２…溝部、５６２…
ばね。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 流体の流路に設置された圧力調整弁およびそ
   の圧力調整弁を駆動し、圧力調整弁の上流側の流
   体の圧力を設定値に保持するための“圧力調整弁
   による流体圧制御装置”および前記圧力調整弁と
   並列に設置された可変静翼を有するタービンと、
   可変静翼を駆動し、それらの上流側の流体圧力を
   制御する“タービンによる流体圧制御装置”と、
   から構成されるエネルギ回収タービンプラントの
   制御方法において、 圧力調整弁の上流側の流体の圧力を、“圧力調
   整弁による流体圧制御装置”の圧力設定値より若
   干低い圧力設定値に保持するために、前記“ター
   ビンによる流体圧制御装置”で検出した上流側の
   流体圧力をもとに演算された流体圧制御信号によ
   り、各流体圧制御信号の大きさに応じて、可変静
   翼を駆動し、 通常および流体圧力が大きく低下したときは、
   上流側の流体圧力を、“圧力調整弁による流体圧
   制御装置”の圧力設定値より若干低い設定値に保
   つべく可変静翼を差動させて制御し、 流体圧力が大きく上昇し可変静翼による制御範
   囲を越えた場合には、若干高い設定値で全閉状態
   で待機している圧力調整弁を開方向に作動して、
   流体圧力を制御し、 タービン通過ガス流量が小さい場合には、全静
   翼のうち、特定の静翼のみ開閉させ、残りの静翼
   の静翼角は全閉状態に保ちタービン通過ガス流量
   を微調節し、逆に、タービン通過ガス流量が大き
   い場合には全静翼を同一又は略同一角度で開閉さ
   せ、回収タービンを通過する高炉ガス流量を調節
   することを特徴とするエネルギ回収タービンプラ
   ントの制御方法。 ２ 前記タービンを危急停止させるか出力を大幅
   に低下させる場合、異常信号を受けてタービンを
   通過する流体の流量変化量を演算し、 さらにその流量変化量を吸収する圧力調整弁の
   開度増加分を演算し、 異常信号が出力されると同時に上流側の流体圧
   力が上昇する前に圧力調整弁を開かせるために、
   前記演算された開度増加分だけさらに開度を増加
   分させることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載のエネルギ回収タービンプラントの制御方
   法。 ３ 前記“タービンによる流体圧制御装置”にお
   いて、外部により静翼角度ロツク指令信号が発令
   された場合、 可変静翼のピツチ角をその位置に保持し、別途
   解除の指令が発令されるまでその状態を保持する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項または第
   ２項記載のエネルギ回収タービンプラントの制御
   方法。 ４ 流体の流路に設置された圧力調整弁およびそ
   の圧力調整弁を駆動し、圧力調整弁の上流側の流
   体の圧力を設定値に保持するための“圧力調整弁
   による流体圧制御装置”および前記圧力調整弁と
   並列に設置された可変静翼を有するタービンと、
   可変静翼を駆動し、それらの上流側の流体圧力を
   制御する“タービンによる流体圧制御装置”とか
   ら構成されるエネルギ回収タービンプラントの制
   御装置において、 圧力調整弁の上流側の流体の圧力を“圧力調整
   弁による流体圧制御装置”の圧力設定値より若干
   低い圧力設定値に保持するための、圧偏差設定器
   と圧力調節計とを有する圧力制御部と、この信号
   を受けて可変静翼駆動信号を出力するための、静
   翼駆動信号選択部と、この出力信号でもつてター
   ビンの静翼ピツチ角を駆動する静翼駆動機を具備
   し、 該静翼制御機構は、静翼駆動信号選択部からの
   信号を受け、これを一部静翼制御信号と残り静翼
   駆動信号に分割し各々に信号を出力し、該静翼駆
   動信号選択部からの信号が小さい場合すなわちタ
   ービン通過ガス流量が小さい場合には、全静翼の
   うち、特定の静翼のみ開閉させ、残りの静翼の静
   翼角は全閉状態に保ちタービン通過ガス流量を微
   調節し、逆に、該静翼駆動信号選択部からの出力
   信号が大きい場合、すなわち、タービン通過ガス
   流量が大きい場合には全静翼を同一又は略同一角
   度で開閉させ、回収タービンを通過する高炉ガス
   流量を調節する機能を有する静翼制御機構を有す
   ることを特徴とするエネルギ回収タービンプラン
   トの制御装置。 ５ 可変静翼駆動信号選択部と静翼駆動機の間に
   記憶回路を設けると共に、フイードフオワード信
   号演算設定器とフイードフオワード信号発信器と
   からなるフイードフオワード信号演算部を介在さ
   せ、 前記圧力調整弁を増開させることを特徴とする
   特許請求の範囲第４項記載のエネルギ回収タービ
   ンプラントの制御装置。 ６ 前記圧力制御部と静翼角度駆動信号選択部の
   間に、経路断続器から成る静翼角度ロツク信号演
   算部を介在させ静翼角度ロツク指令信号が印加さ
   れた場合には、圧力制御部からの流体圧制御信号
   を切断し、前記静翼角度信号選択部から記憶回路
   を経由し、静翼角度駆動信号選択部にフイードバ
   ツクされる信号を導通させるが、通常時（すなわ
   ち静翼角度ロツク指令信号が解除されていると
   き）には、圧力制御部から出力される流体圧制御
   信号を導通させ、前記、記憶回路を経由してフイ
   ードバツクされる信号を遮断することを特徴とす
   る特許請求の範囲第４項または第５項記載のエネ
   ルギ回収タービンプラントの制御装置。