JPH0713472B2 - タービンの運転制御方法、および複合サイクル原動機プラント - Google Patents
タービンの運転制御方法、および複合サイクル原動機プラントInfo
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- JPH0713472B2 JPH0713472B2 JP60010769A JP1076985A JPH0713472B2 JP H0713472 B2 JPH0713472 B2 JP H0713472B2 JP 60010769 A JP60010769 A JP 60010769A JP 1076985 A JP1076985 A JP 1076985A JP H0713472 B2 JPH0713472 B2 JP H0713472B2
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]
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- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、複合サイクル原動機プラントの制御方法、お
よび同制御装置に関するものである。
よび同制御装置に関するものである。
複合サイクル原動機プラントの制御技術に関しては、特
公昭58-45566号公報が公知である。
公昭58-45566号公報が公知である。
次に、複合サイクル原動機を用いた発電プラントの従来
例を第８図について説明する。
例を第８図について説明する。
ガスタービン装置１は、空気を加圧する圧縮機２とこの
圧縮機２によつて加圧された空気を燃焼する燃焼器４
と、この燃焼によつて発生した高温ガスを膨張させて仕
事をさせるガスタービン３と、このガスタービンによつ
て駆動される発電機５とを有している。そして、前記ガ
スタービン３を出ち燃焼ガスは導管６を介して排熱回収
ボイラ装置７に導かれ、このボイラ装置７内において蒸
気発生用の熱源として利用される。前記排熱回収ボイラ
装置７には、節炭器８、蒸発器９、ドラム10および過熱
器11が連設されており、蒸気タービン装置12の蒸気ター
ビン13からの蒸気は給水ポンプ17によつて復水器15及び
加熱器16を介して水として節炭器８に送られるようにな
つている。この節炭器８に送られた水はここで加熱され
てドラム10内に入り、蒸発器９によつて蒸発せしめら
れ、この蒸気が過熱器11内で加熱された後蒸気タービン
13に導かれる。そして、蒸気は蒸気タービン13内で膨張
して仕事を行ない、発電機14を駆動する。尚、蒸気ター
ビン13内の蒸気は復水器15内で再び水になり、前述した
過程を繰り返す。
圧縮機２によつて加圧された空気を燃焼する燃焼器４
と、この燃焼によつて発生した高温ガスを膨張させて仕
事をさせるガスタービン３と、このガスタービンによつ
て駆動される発電機５とを有している。そして、前記ガ
スタービン３を出ち燃焼ガスは導管６を介して排熱回収
ボイラ装置７に導かれ、このボイラ装置７内において蒸
気発生用の熱源として利用される。前記排熱回収ボイラ
装置７には、節炭器８、蒸発器９、ドラム10および過熱
器11が連設されており、蒸気タービン装置12の蒸気ター
ビン13からの蒸気は給水ポンプ17によつて復水器15及び
加熱器16を介して水として節炭器８に送られるようにな
つている。この節炭器８に送られた水はここで加熱され
てドラム10内に入り、蒸発器９によつて蒸発せしめら
れ、この蒸気が過熱器11内で加熱された後蒸気タービン
13に導かれる。そして、蒸気は蒸気タービン13内で膨張
して仕事を行ない、発電機14を駆動する。尚、蒸気ター
ビン13内の蒸気は復水器15内で再び水になり、前述した
過程を繰り返す。
第９図は第８図の構成における排熱回収ボイラ装置７の
排ガス温度と水−蒸気温度の相関関係を示すグラフであ
り、このボイラ装置７に導管６を介して導かれる排ガス
は、ドラム10からの飽和蒸気（温度11a）を過熱蒸気
（温度11b）まで高め、一方、ガス温度はT6からT7まで
下る。そして、このガスは次に蒸発器９において、飽和
水（温度9a）を同温度（9b）の飽和蒸気にするために供
されガス温度はT8まだ下つて節炭器８に入る。ここでガ
スは、給水ポンプ17から送られて来る温度8aの水を8bに
まで加熱し、ガス温度をT9まで下げてボイラ装置７から
出る。
排ガス温度と水−蒸気温度の相関関係を示すグラフであ
り、このボイラ装置７に導管６を介して導かれる排ガス
は、ドラム10からの飽和蒸気（温度11a）を過熱蒸気
（温度11b）まで高め、一方、ガス温度はT6からT7まで
下る。そして、このガスは次に蒸発器９において、飽和
水（温度9a）を同温度（9b）の飽和蒸気にするために供
されガス温度はT8まだ下つて節炭器８に入る。ここでガ
スは、給水ポンプ17から送られて来る温度8aの水を8bに
まで加熱し、ガス温度をT9まで下げてボイラ装置７から
出る。
次に、第10図は、第８図のような複合サイクル発電プラ
ントにおける各部の温度のガスタービン３の出力に対す
る変化を示すものである。ところで、空気圧縮機２でガ
スタービン３と直結されている場合、この空気圧縮機２
の回転数は一定であり、圧縮機２からガスタービン３の
燃焼器４に送られる空気流量はほぼ一定である。したが
つて、ガスタービン３の出力を減少させるには、ガスタ
ービン３に対する燃料の流量を減らして燃焼ガスの温度
を下げることが必要となる。第10図の線ａはこのような
ガスタービン３の燃焼ガスの温度を示している。この燃
焼ガスの温度低下に対応してガスタービン３の排ガス温
度ｂもほぼ直線的に低下する。また、第９図に示すよう
に、排熱回収ボイラ装置７の出口の蒸気温度11bはガス
タービン３の排ガスの温度T6に依存するので、ガスター
ビン３の出力を低下されるよつれて、第10図に線ｃで示
すように、ボイラ装置７の出口における蒸気温度は、低
下してしまう。
ントにおける各部の温度のガスタービン３の出力に対す
る変化を示すものである。ところで、空気圧縮機２でガ
スタービン３と直結されている場合、この空気圧縮機２
の回転数は一定であり、圧縮機２からガスタービン３の
燃焼器４に送られる空気流量はほぼ一定である。したが
つて、ガスタービン３の出力を減少させるには、ガスタ
ービン３に対する燃料の流量を減らして燃焼ガスの温度
を下げることが必要となる。第10図の線ａはこのような
ガスタービン３の燃焼ガスの温度を示している。この燃
焼ガスの温度低下に対応してガスタービン３の排ガス温
度ｂもほぼ直線的に低下する。また、第９図に示すよう
に、排熱回収ボイラ装置７の出口の蒸気温度11bはガス
タービン３の排ガスの温度T6に依存するので、ガスター
ビン３の出力を低下されるよつれて、第10図に線ｃで示
すように、ボイラ装置７の出口における蒸気温度は、低
下してしまう。
また、従来から、空気圧縮機の吐出流量をガスタービン
で必要とする流量に合致せしめるべく、圧縮機の入口に
入口案内翼（Inlet Guide Vane:以下IGVと略す。）を設
ける事により、流量調整する技術が用いられていた。第
11図は、IGVによつて空気圧縮機の空気流量調整した場
合と、IGV不設置の場合のガスタービン排気ガス温度
（d,d′）および主蒸気（蒸気タービン入口蒸気）温度
（e,e′）の変化状態を示したものである。IGVを設置
し、空気圧縮機の空気流量を調整する事によつてガスタ
ービン排気ガス温度ｄ、さらに主蒸気温度ｅを高くする
事が可能となり、蒸気タービン湿り度の軽減及びプラン
ト総合熱効率の向上が計れる。但し、IGVによる方法で
は、ガスタービン燃焼温度との兼ね合いから、空気流量
調整可能範囲は約80％負荷までである。したがつて、第
11図に示す如く、IGVを設置した場合の温度特性（線d,
e）は、約80％負荷が頂点となり、それ以上の負荷率に
おいてはカーブが下降する。
で必要とする流量に合致せしめるべく、圧縮機の入口に
入口案内翼（Inlet Guide Vane:以下IGVと略す。）を設
ける事により、流量調整する技術が用いられていた。第
11図は、IGVによつて空気圧縮機の空気流量調整した場
合と、IGV不設置の場合のガスタービン排気ガス温度
（d,d′）および主蒸気（蒸気タービン入口蒸気）温度
（e,e′）の変化状態を示したものである。IGVを設置
し、空気圧縮機の空気流量を調整する事によつてガスタ
ービン排気ガス温度ｄ、さらに主蒸気温度ｅを高くする
事が可能となり、蒸気タービン湿り度の軽減及びプラン
ト総合熱効率の向上が計れる。但し、IGVによる方法で
は、ガスタービン燃焼温度との兼ね合いから、空気流量
調整可能範囲は約80％負荷までである。したがつて、第
11図に示す如く、IGVを設置した場合の温度特性（線d,
e）は、約80％負荷が頂点となり、それ以上の負荷率に
おいてはカーブが下降する。
第12図は、IGVにより空気流量を調整した場合の主蒸気
温度およびIGV開度の変化状態を示したものである。
温度およびIGV開度の変化状態を示したものである。
第12図において主蒸気温度の変化状態を示したが、第11
図に示すように、ガスタービン排ガス温度、主蒸気温
度、さらに蒸気タービン初段後温度は、プラント負荷変
動に対してほぼ同様の傾向を示すからいずれの温度をベ
ースとしても大差が無い。
図に示すように、ガスタービン排ガス温度、主蒸気温
度、さらに蒸気タービン初段後温度は、プラント負荷変
動に対してほぼ同様の傾向を示すからいずれの温度をベ
ースとしても大差が無い。
一方、プラント負荷については、ガスタービン負荷ある
いは蒸気タービン負荷を用いても、負荷変化特性はほぼ
同様の傾向であるから、何れをベースとしても大差は無
い。
いは蒸気タービン負荷を用いても、負荷変化特性はほぼ
同様の傾向であるから、何れをベースとしても大差は無
い。
本第12図において、IGV開度を最大（Max）とし、開度を
一定（線ｇ′）とした場合の主蒸気温度は線ｆ′に従つ
て変化し、IGVを前述の如く変化させた場合（線ｇ）の
主蒸気温度は、線ｆに従つて変化する。よつて最小負荷
Min.Loadから約80％負荷まで負荷変化（ΔL1）させた場
合の主蒸気温度変化（ΔT1）は、Min.Loadから定格負荷
（100％負荷）まで負荷変化（ΔL2）させた場合の主蒸
気温度変化（ΔT2）よりも大きい。
一定（線ｇ′）とした場合の主蒸気温度は線ｆ′に従つ
て変化し、IGVを前述の如く変化させた場合（線ｇ）の
主蒸気温度は、線ｆに従つて変化する。よつて最小負荷
Min.Loadから約80％負荷まで負荷変化（ΔL1）させた場
合の主蒸気温度変化（ΔT1）は、Min.Loadから定格負荷
（100％負荷）まで負荷変化（ΔL2）させた場合の主蒸
気温度変化（ΔT2）よりも大きい。
第13図は、蒸気タービン13のロータ（図示せず）に発生
する熱応力をある一定の値に押えた場合のメタル温度を
変化量（ΔＴ）に対するメタル温度変化率（ΔT/Δｔ）
を示すものである。
する熱応力をある一定の値に押えた場合のメタル温度を
変化量（ΔＴ）に対するメタル温度変化率（ΔT/Δｔ）
を示すものである。
（h:許容温度変化率曲線） 以上より、蒸気タービンにおける最大許容負荷変化率
（ΔL/Δｔ）は、以下に示す式となる。
（ΔL/Δｔ）は、以下に示す式となる。
つまり、蒸気タービンの負荷変化率をΔＬとした時、蒸
気タービンの最大許容負荷変化率（ΔL/Δｔ）は、蒸気
タービンの主蒸気温度変化率（ΔT/ΔＬ）と、ある設定
寿命消費率のときの許容温度変化率（ΔL/Δｔ）とで決
定することがわかる。この蒸気タービンの最大許容負荷
変化率を蒸気タービンの負荷変化幅（ΔＬ）をパラメー
タとして表わすと第14図の如くになる。
気タービンの最大許容負荷変化率（ΔL/Δｔ）は、蒸気
タービンの主蒸気温度変化率（ΔT/ΔＬ）と、ある設定
寿命消費率のときの許容温度変化率（ΔL/Δｔ）とで決
定することがわかる。この蒸気タービンの最大許容負荷
変化率を蒸気タービンの負荷変化幅（ΔＬ）をパラメー
タとして表わすと第14図の如くになる。
よつて第13図，第14図から下記の如き関係が成り立つこ
とになる。
とになる。
ΔL1＜ΔL2，ΔT1＞ΔT2 したがつて、従来の複合サイクル発電プラントの負荷変
化においては、前記の如く、負荷変化幅が小さい（ΔL1
＜ΔL2）にもかかわらず、発生する熱応力が蒸気タービ
ン13の繰り返し疲労強度の許容値内に収まるように、緩
やかな負荷変化率としなければならず、負荷変化に長い
時間を要するという欠点があつた。
化においては、前記の如く、負荷変化幅が小さい（ΔL1
＜ΔL2）にもかかわらず、発生する熱応力が蒸気タービ
ン13の繰り返し疲労強度の許容値内に収まるように、緩
やかな負荷変化率としなければならず、負荷変化に長い
時間を要するという欠点があつた。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、複合サ
イクル原動機プラントの負荷変化において、入口案内翼
（IGV）の開度を変化させて、タービン寿命の消費に悪
影響を及ぼすような熱応力，熱歪みを与えることなく、
しかもタービン効率を著しく低下させることなく、比較
的迅速に負荷変動（起動，停止を含む）に対応し得る最
適負荷変化を可能とする複合サイクル発電プラント負荷
変化制御方法及び同装置を提供することを目的とする。
イクル原動機プラントの負荷変化において、入口案内翼
（IGV）の開度を変化させて、タービン寿命の消費に悪
影響を及ぼすような熱応力，熱歪みを与えることなく、
しかもタービン効率を著しく低下させることなく、比較
的迅速に負荷変動（起動，停止を含む）に対応し得る最
適負荷変化を可能とする複合サイクル発電プラント負荷
変化制御方法及び同装置を提供することを目的とする。
次に、本発明の１実施例を第１図について説明する。
第８図は、本発明方法を実施するため、第８図に示した
従来の装置に本発明装置を適用して改良した１例を示
し、第８図（従来例）と同一の図面参照番号を付した部
材は従来例におけると同様乃至は類似の構成部材であ
る。
従来の装置に本発明装置を適用して改良した１例を示
し、第８図（従来例）と同一の図面参照番号を付した部
材は従来例におけると同様乃至は類似の構成部材であ
る。
第１図において、ガスタービン３によつて駆動される発
電機５、および蒸気タービン13によつて駆動される発電
機14の負荷信号L1，L2（18,19）は、プラント負荷信号2
0（LP＝L1＋L2）として、負荷変化率演算器23に入力さ
れ、さらに、負荷変化指令を受けた制御装置21により発
せられた出力要求信号LDおよび負荷変化時間ΔtDの入力
によつて負荷変化要求値ΔLD／ΔtDを下式から算出す
る。
電機５、および蒸気タービン13によつて駆動される発電
機14の負荷信号L1，L2（18,19）は、プラント負荷信号2
0（LP＝L1＋L2）として、負荷変化率演算器23に入力さ
れ、さらに、負荷変化指令を受けた制御装置21により発
せられた出力要求信号LDおよび負荷変化時間ΔtDの入力
によつて負荷変化要求値ΔLD／ΔtDを下式から算出す
る。
さらに、演算器23において、内部に設定されている主蒸
気温度プラント負荷特性曲線（第12図）と、プラント負
荷LPおよび負荷変化幅ΔLDから主蒸気温度変化（ΔTD）
を求め、又、内部に設定されているメタル温度変化量
（ΔＴ）とメタル温度変化率（ΔT/Δｔ）をパラメータ
にしたカーブ（第13図）から温度変化量（ΔTD）におけ
る最大許容温度変化率（ΔTD／Δｔ）を求め、これらに
よつて最大許容負荷変化率ΔLD／Δｔを下記から求め
る。
気温度プラント負荷特性曲線（第12図）と、プラント負
荷LPおよび負荷変化幅ΔLDから主蒸気温度変化（ΔTD）
を求め、又、内部に設定されているメタル温度変化量
（ΔＴ）とメタル温度変化率（ΔT/Δｔ）をパラメータ
にしたカーブ（第13図）から温度変化量（ΔTD）におけ
る最大許容温度変化率（ΔTD／Δｔ）を求め、これらに
よつて最大許容負荷変化率ΔLD／Δｔを下記から求め
る。
上記から求められた負荷変化率要求値（ΔLD／ΔtD）と
最大許容負荷変化率（ΔLD／Δｔ）の信号24は、入口案
内翼開度設定器25に入力される。
最大許容負荷変化率（ΔLD／Δｔ）の信号24は、入口案
内翼開度設定器25に入力される。
入口案内翼（IGV）開度設定器25内において、入力され
た上記負荷変化率（ΔLD／ΔtD，ΔLD／Δｔ）は、付き
合わされて、IGV開度信号26によつてIGV開度を変えるわ
けである。ここでIGV開度設定器25が本発明の対象とな
るステツプであり詳細は、以下に説明する。
た上記負荷変化率（ΔLD／ΔtD，ΔLD／Δｔ）は、付き
合わされて、IGV開度信号26によつてIGV開度を変えるわ
けである。ここでIGV開度設定器25が本発明の対象とな
るステツプであり詳細は、以下に説明する。
第２図は、ガスタービン排ガス温度およびIGV開度をプ
ラント負荷をパラメータとして示したものである。線ｊ
および線ｊ′は、従来の複合サイクル発電プラントに一
般的に採用されている排ガス温度及びIGV開度変化を示
し、線ｋはIGV開度を最大開度（線ｋ′）一定とした場
合の排ガス温度変化を示し、線ｌは、IGV開度を最小負
荷Min.Loadから定格負荷（100％負荷）まで、一定開度
で増加させた場合の排ガス温度変化を示し、さらに線ｍ
は、IGV開度を最小開度（線ｍ′）で一定とした場合の
排ガス温度変化を示す。
ラント負荷をパラメータとして示したものである。線ｊ
および線ｊ′は、従来の複合サイクル発電プラントに一
般的に採用されている排ガス温度及びIGV開度変化を示
し、線ｋはIGV開度を最大開度（線ｋ′）一定とした場
合の排ガス温度変化を示し、線ｌは、IGV開度を最小負
荷Min.Loadから定格負荷（100％負荷）まで、一定開度
で増加させた場合の排ガス温度変化を示し、さらに線ｍ
は、IGV開度を最小開度（線ｍ′）で一定とした場合の
排ガス温度変化を示す。
ここで、IGV開度設定器25（第１図）に入力された負荷
変化率要求値（ΔLD／ΔtD）と最大許容負荷変化率（Δ
LD／Δｔ）において、 ΔLD／ΔtD≦ΔLD／Δｔ の場合、負荷変化率要求値（ΔLD／ΔtD）で負荷変化さ
せる事が可能であり、従来のIGV開度変化曲線ｊ′にそ
つてIGVを制御させる。（この場合の排ガス温度変化は
線ｋに沿つて変化する。） 一方、 ΔLD／ΔtD＞ΔLD／Δｔ の場合、負荷変化率要求値（ΔLD／ΔtD）で負荷変化さ
せたならば、蒸気タービン寿命消費を規定値内に抑制す
る事は不可能となる。
変化率要求値（ΔLD／ΔtD）と最大許容負荷変化率（Δ
LD／Δｔ）において、 ΔLD／ΔtD≦ΔLD／Δｔ の場合、負荷変化率要求値（ΔLD／ΔtD）で負荷変化さ
せる事が可能であり、従来のIGV開度変化曲線ｊ′にそ
つてIGVを制御させる。（この場合の排ガス温度変化は
線ｋに沿つて変化する。） 一方、 ΔLD／ΔtD＞ΔLD／Δｔ の場合、負荷変化率要求値（ΔLD／ΔtD）で負荷変化さ
せたならば、蒸気タービン寿命消費を規定値内に抑制す
る事は不可能となる。
したがつて、ΔLD／ΔtD＞ΔLD／Δｔの場合、最大負荷
変化率（ΔL/Δｔ）で負荷変化させる事が必要となる
が、負荷変化指令である出力要求値LD（すなわち負荷変
化幅ΔLD）および負荷変化時間（ΔtD）を守るために
は、下式で示される如くガスタービン排ガス温度変化幅
（ΔTD′）を小さくする必要がある。
変化率（ΔL/Δｔ）で負荷変化させる事が必要となる
が、負荷変化指令である出力要求値LD（すなわち負荷変
化幅ΔLD）および負荷変化時間（ΔtD）を守るために
は、下式で示される如くガスタービン排ガス温度変化幅
（ΔTD′）を小さくする必要がある。
よつて したがつて、上記ガスタービン排ガス温度変化幅（Δ
TD′）で負荷変化を行なつた場合、蒸気タービン寿命消
費を規定値内に収め、なおかつ、負荷変化指令を満足さ
せる事が可能となる。これを第２図について説明する
と、負荷変化として負荷L1から負荷L2（負荷変化巾：Δ
LD）まで負荷を上昇する場合、ガスタービン排ガス温度
としては、上記ΔTD′の変化幅とする事が必要でありIG
V開度を まで変化させる事によつてガスタービン排ガス温度とし
ては点から点まで変化する事になる。この時のIGV
開度は、θ1からθ2まで増加するが、上記のθ2はあら
かじめ計算で求められる単位IGV開度に対する排ガス温
度変化率ΔＴθ（℃／度）を求めると下記の如く、容易
に決定する事が可能であり、又、IGV開度変化率Δθ／
Δｔθは下記の如く示される。
TD′）で負荷変化を行なつた場合、蒸気タービン寿命消
費を規定値内に収め、なおかつ、負荷変化指令を満足さ
せる事が可能となる。これを第２図について説明する
と、負荷変化として負荷L1から負荷L2（負荷変化巾：Δ
LD）まで負荷を上昇する場合、ガスタービン排ガス温度
としては、上記ΔTD′の変化幅とする事が必要でありIG
V開度を まで変化させる事によつてガスタービン排ガス温度とし
ては点から点まで変化する事になる。この時のIGV
開度は、θ1からθ2まで増加するが、上記のθ2はあら
かじめ計算で求められる単位IGV開度に対する排ガス温
度変化率ΔＴθ（℃／度）を求めると下記の如く、容易
に決定する事が可能であり、又、IGV開度変化率Δθ／
Δｔθは下記の如く示される。
上記にて、負荷変化は完了することになるが、IGV開度
としては通常の運用開度となつておらず、負荷変化完了
後、 まで、緩やかな変化率で開度を戻す。（ガスタービン排
ガス温度の急変による蒸気タービン寿命消費を抑制する
為）この時のガスタービン排ガス温度は点から点ま
で変化し、 で通常のガスタービン排気温度に戻る。
としては通常の運用開度となつておらず、負荷変化完了
後、 まで、緩やかな変化率で開度を戻す。（ガスタービン排
ガス温度の急変による蒸気タービン寿命消費を抑制する
為）この時のガスタービン排ガス温度は点から点ま
で変化し、 で通常のガスタービン排気温度に戻る。
上記の如く負荷上昇の場合は、IGV開度変更 によつてガスタービン排ガス温度が点〜〜まで変
化し、負荷変化を完了する。
化し、負荷変化を完了する。
又、負荷変化として負荷L2から負荷L1まで負荷降下する
場合は、上記負荷上昇の場合と同様に、IGV開度を と変化させ、ガスタービン排気温度は点〜〜と変
化し、負荷変化を完了する。
場合は、上記負荷上昇の場合と同様に、IGV開度を と変化させ、ガスタービン排気温度は点〜〜と変
化し、負荷変化を完了する。
以上、第１図に示すIGV開度設定器25のステツプ及びIGV
開度制御信号26（Δθ／Δｔθ）について説明したが、
負荷変化率要求値（ΔLD／ΔtD）、最大許容負荷変化率
（ΔLD／Δｔ）において、 ΔLD／ΔtD＞ΔLD／Δｔ の場合、蒸気タービン寿命消費を規定値以内に抑制した
負荷変化において、ガスタービン排ガス温度変化すなわ
ち、IGV開度変化パターンは多数考えられる。
開度制御信号26（Δθ／Δｔθ）について説明したが、
負荷変化率要求値（ΔLD／ΔtD）、最大許容負荷変化率
（ΔLD／Δｔ）において、 ΔLD／ΔtD＞ΔLD／Δｔ の場合、蒸気タービン寿命消費を規定値以内に抑制した
負荷変化において、ガスタービン排ガス温度変化すなわ
ち、IGV開度変化パターンは多数考えられる。
その主なものを第３図乃至第６図に示す。なお、前述し
た第２図の実施例と同一の図面参照番号を付した部材は
前記の実施例（第２図）におけると同様乃至は類似の構
成部材である。
た第２図の実施例と同一の図面参照番号を付した部材は
前記の実施例（第２図）におけると同様乃至は類似の構
成部材である。
第３図は、ガスタービン排ガス温度を点から点まで
一定に上昇させる。すなわち、IGV開度としては、θ1か
らθ2まで一定の変化割合 で変化させた場合を示す。
一定に上昇させる。すなわち、IGV開度としては、θ1か
らθ2まで一定の変化割合 で変化させた場合を示す。
第４図は、ガスタービン排ガス温度を点から点まで
一定に上昇させる。ここにおいて、IGV開度について
は、第３図と同様点から点までに一定の変化割合 で変化させる。点以降においては蒸気タービン寿命消
費規制より、点以前の温度変化割合｛すなわち、IGV
開度変化割合 を確保できない場合、ガスタービン排気温度を一定と
し、熱応力の緩和されるまで（点）この状態を継続す
る。この点から点までの間におけるIGV開度変化割
合は、点から点までの変化割合と同様となり、 で表わされる。点以降は熱応力の緩和に伴ない、IGV
開度変化割合 でIGV開度を変化させ、点に至る。但し、点から点
までの間に上述の如く熱応力の発生によつて蒸気ター
ビン寿命消費規制を越えることが予想される場合は、さ
らに点から点の過程を繰り返し実行する。
一定に上昇させる。ここにおいて、IGV開度について
は、第３図と同様点から点までに一定の変化割合 で変化させる。点以降においては蒸気タービン寿命消
費規制より、点以前の温度変化割合｛すなわち、IGV
開度変化割合 を確保できない場合、ガスタービン排気温度を一定と
し、熱応力の緩和されるまで（点）この状態を継続す
る。この点から点までの間におけるIGV開度変化割
合は、点から点までの変化割合と同様となり、 で表わされる。点以降は熱応力の緩和に伴ない、IGV
開度変化割合 でIGV開度を変化させ、点に至る。但し、点から点
までの間に上述の如く熱応力の発生によつて蒸気ター
ビン寿命消費規制を越えることが予想される場合は、さ
らに点から点の過程を繰り返し実行する。
で負荷上昇は終了するが、IGV開度を まで（すなわち、通常運用開度まで）緩やかに戻して負
荷変化を完了する。負荷変化において負荷降下する場合
は、上記と同様となる為、説明を省略する。
荷変化を完了する。負荷変化において負荷降下する場合
は、上記と同様となる為、説明を省略する。
第６図は、負荷変化の際に負荷L1から負荷L2までの負荷
上昇においてIGV開度を現状の開度θ1から最大開度θ
maxまで一定の変化割合、（すなわち（θmax−θ1）／
Δｔ）で変化させる ものであつてガスタービン排ガス温度としては、点か
ら点まで変化する。
上昇においてIGV開度を現状の開度θ1から最大開度θ
maxまで一定の変化割合、（すなわち（θmax−θ1）／
Δｔ）で変化させる ものであつてガスタービン排ガス温度としては、点か
ら点まで変化する。
で負荷は目標負荷L2に到達するが、運転状態を通常運転
ベースに戻すため、IGV開度を、（θmaxからθ2まで）
緩やかに変化させ てガスタービン排ガス温度を点（すなわち通常運転状
態）に戻し、負荷変化を完了する。一方、負荷降下にお
いてはIGV開度を現状の開度θ2から最小開度θminまで
一定の変化割合（すなわちθ2−θmin）／Δｔ）で変化
させる ものであり、ガスタービン排ガス温度としては点から
点まで変化して目標負荷L1に到達する。以後、通常運
転ベースに戻す過程 は負荷上昇の場合と同様である。
ベースに戻すため、IGV開度を、（θmaxからθ2まで）
緩やかに変化させ てガスタービン排ガス温度を点（すなわち通常運転状
態）に戻し、負荷変化を完了する。一方、負荷降下にお
いてはIGV開度を現状の開度θ2から最小開度θminまで
一定の変化割合（すなわちθ2−θmin）／Δｔ）で変化
させる ものであり、ガスタービン排ガス温度としては点から
点まで変化して目標負荷L1に到達する。以後、通常運
転ベースに戻す過程 は負荷上昇の場合と同様である。
第６図は、負荷変化の際の負荷上昇において負荷変化開
始負荷L1時のガスタービン排ガス温度を一定とする様に
IGV開度を変化させるもので、IGV開度変化割合は下記の
如くである。
始負荷L1時のガスタービン排ガス温度を一定とする様に
IGV開度を変化させるもので、IGV開度変化割合は下記の
如くである。
上記変化割合でIGV開度を まで変化させると、ガスタービン排ガス温度は点から
点まで一定となる。
点まで一定となる。
以降IGV開度はθminの状態で負荷下降を続け、目標負荷 までの過程は負荷上昇と同様となるため、説明を省略す
る。
る。
以上、第２図乃至第６図においてIGV開度変化パターン
の例を示したが、蒸気タービン寿命消費の観点から、第
2,3,4図が実運転に沿つたものと考えられる。第5,6図
は、負荷変化時間を短かくする事は可能であるが、IGV
開度を通 てガスタービン排ガス温度変化幅が大きくなり、蒸気タ
ービン寿命消費を規定値以内に収めるためにIGV開度変
化率を小さくする必要があり、開度制御がやや複雑にな
ると考えられる。ただし、いずれの場合においても、負
荷変化時におけるIGV開度変化率を各負荷変化幅に対
し、あらかじめ計算して設定しておけば、蒸気タービン
寿命消費を規定値以内に収め、要求された負荷変化幅、
負荷変化時間を満足することが可能である。又、前述し
た各実施例におけるIGV開度変化率を求める過程で、計
画値の代りに実運転ベースの測定値（ガスタービン排ガ
ス温度、主蒸気温度、蒸気タービン初段後温度等）を用
いる事も可能であり、求めたIGV開度変化率を、実運転
ベースの測定値（上記温度、大気温度、負荷、燃料投入
量、圧縮機出口空気圧力等）を用いて補正する事も容易
である。
の例を示したが、蒸気タービン寿命消費の観点から、第
2,3,4図が実運転に沿つたものと考えられる。第5,6図
は、負荷変化時間を短かくする事は可能であるが、IGV
開度を通 てガスタービン排ガス温度変化幅が大きくなり、蒸気タ
ービン寿命消費を規定値以内に収めるためにIGV開度変
化率を小さくする必要があり、開度制御がやや複雑にな
ると考えられる。ただし、いずれの場合においても、負
荷変化時におけるIGV開度変化率を各負荷変化幅に対
し、あらかじめ計算して設定しておけば、蒸気タービン
寿命消費を規定値以内に収め、要求された負荷変化幅、
負荷変化時間を満足することが可能である。又、前述し
た各実施例におけるIGV開度変化率を求める過程で、計
画値の代りに実運転ベースの測定値（ガスタービン排ガ
ス温度、主蒸気温度、蒸気タービン初段後温度等）を用
いる事も可能であり、求めたIGV開度変化率を、実運転
ベースの測定値（上記温度、大気温度、負荷、燃料投入
量、圧縮機出口空気圧力等）を用いて補正する事も容易
である。
第１図に示した本発明装置の実施例と異なる実施例の装
置を第７図に示す。前掲の実施例（第１図）と同一の図
面参照番号を付した部材は前例におけると同様乃至は類
似の構成部材である。
置を第７図に示す。前掲の実施例（第１図）と同一の図
面参照番号を付した部材は前例におけると同様乃至は類
似の構成部材である。
第７図において、ガスタービンの排ガス成分検出器27で
NOx値を測定し、検出器27からのNOx信号28はIGV開度設
定器25に送られる。設定器25には、さらにNOx要求値
（規制値）30が入力され、設定器25においてNOx信号28
とNOx要求値の付き合わせを行ない、NOx要求値を満足す
る様にIGV開度変化率信号26をIGVへ送り、IGV開度変化
させる。以上の如く、複合サイクル発電プラントの負荷
変化において、IGV開度を変化させてガスタービン排ガ
ス成分中のNOx値を加減する事も本発明の方法を用いる
事により容易に行う事が可能である。
NOx値を測定し、検出器27からのNOx信号28はIGV開度設
定器25に送られる。設定器25には、さらにNOx要求値
（規制値）30が入力され、設定器25においてNOx信号28
とNOx要求値の付き合わせを行ない、NOx要求値を満足す
る様にIGV開度変化率信号26をIGVへ送り、IGV開度変化
させる。以上の如く、複合サイクル発電プラントの負荷
変化において、IGV開度を変化させてガスタービン排ガ
ス成分中のNOx値を加減する事も本発明の方法を用いる
事により容易に行う事が可能である。
以上詳述したように、複合サイクル原動機プラントに本
発明の運転制御方法を適用すると、入口案内翼（IGV）
の開度を変化させて、プラント負荷の変動に応じて、タ
ービン寿命の消費に悪影響を及ぼすような熱応力，熱歪
みを生じさせることなく、しかもタービン効率を著しく
低下させることなく、比較的迅速に負荷変動に対応する
ことができ、原動機プラントの作動信頼性、および耐久
性の向上に貢献するところ多大である。
発明の運転制御方法を適用すると、入口案内翼（IGV）
の開度を変化させて、プラント負荷の変動に応じて、タ
ービン寿命の消費に悪影響を及ぼすような熱応力，熱歪
みを生じさせることなく、しかもタービン効率を著しく
低下させることなく、比較的迅速に負荷変動に対応する
ことができ、原動機プラントの作動信頼性、および耐久
性の向上に貢献するところ多大である。
また、本発明の運転制御装置によれば上記の発明方法を
容易に実施してその効果を充分に発揮させることができ
る。
容易に実施してその効果を充分に発揮させることができ
る。
第１図は本発明装置の１実施例を備えた複合サイクル原
動機プラントの系統図、第２図乃至第６図は本発明方法
を説明するための図表、第７図は第１図と異なる実施例
の系統図である。第８図は従来の複合サイクル原動機プ
ラントの１例を示す系統図、第９図は上記従来例におけ
る水蒸気の温度変化を示す図表、第10図はガスタービン
の出力と温度との関係を示す図表、第11図はプラント負
荷と温度との関係を示す図表、第12図はプラント負荷に
応じた入口案内翼（IGV）開度と主蒸気温度とを示す図
表、第13図は蒸気タービンの許容温度変化率を示す図
表、第14図は許容負荷変化率を説明するための図表であ
る。 １……ガスタービン装置、２……空気圧縮機、３……ガ
スタービン、４……燃焼器、５……発電機、６……導
管、７……ボイラ装置、８……節炭器、９……蒸発器、
10……ドラム、11……過熱器、12……蒸気タービン装
置、13……蒸気タービン、14……発電機、15……復水
器、16……給水加熱器、17……給水ポンプ、18,19……
発電機の負荷信号、20……プラント負荷信号、21……制
御装置、23……負荷変化率演算器，入口案内翼（IGV）
開度設定器。
動機プラントの系統図、第２図乃至第６図は本発明方法
を説明するための図表、第７図は第１図と異なる実施例
の系統図である。第８図は従来の複合サイクル原動機プ
ラントの１例を示す系統図、第９図は上記従来例におけ
る水蒸気の温度変化を示す図表、第10図はガスタービン
の出力と温度との関係を示す図表、第11図はプラント負
荷と温度との関係を示す図表、第12図はプラント負荷に
応じた入口案内翼（IGV）開度と主蒸気温度とを示す図
表、第13図は蒸気タービンの許容温度変化率を示す図
表、第14図は許容負荷変化率を説明するための図表であ
る。 １……ガスタービン装置、２……空気圧縮機、３……ガ
スタービン、４……燃焼器、５……発電機、６……導
管、７……ボイラ装置、８……節炭器、９……蒸発器、
10……ドラム、11……過熱器、12……蒸気タービン装
置、13……蒸気タービン、14……発電機、15……復水
器、16……給水加熱器、17……給水ポンプ、18,19……
発電機の負荷信号、20……プラント負荷信号、21……制
御装置、23……負荷変化率演算器，入口案内翼（IGV）
開度設定器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 乾 泰二 東京都千代田区神田駿河台４丁目６番地 株式会社日立製作所内 (56)参考文献 特開 昭55−84821（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−124010（ＪＰ，Ａ) 実開 昭55−121931（ＪＰ，Ｕ)
Claims (4)
- 【請求項１】取入空気量を調整する入口案内翼を有する
ガスタービンと、蒸気発生装置と、蒸気タービンとを有
する複合サイクル原動機プラントの運転制御方法におい
て、 起動，停止を含めて、負荷変動に伴う排ガス温度の変化
を制御するため、蒸気タービン寿命の消費に基づいて定
められる最大許容負荷変化率の範囲内で、前記入口案内
翼の開閉調節を、（イ）ガスタービンの許容最大出力運
転に相当する最大開度と、（ロ）ガスタービンが最小出
力運転を維持し得る最小開度との間で行なうように制御
し、 前記蒸気発生装置から蒸気タービンに供給される蒸気温
度を調整することを特徴とする複合サイクル原動機プラ
ントの運転制御方法。 - 【請求項２】取入空気量を調整する入口案内翼を有する
ガスタービンと、蒸気発生装置と、蒸気タービンとを有
する複合サイクル原動機プラントの運転制御方法におい
て、 起動，停止を含めて、負荷変動に伴うガスタービンの排
気成分中のNOx値を制御するため、前記入口案内翼の開
閉調節を、（イ）ガスタービンの許容最大出力運転に相
当する最大開度と、（ロ）ガスタービンが最小出力運転
を維持し得る最小開度との間で行なうように制御するこ
とを特徴とする複合サイクル原動機プラントの運転制御
方法。 - 【請求項３】取入空気量を調整する入口案内翼を有する
ガスタービンと、蒸気発生装置と、蒸気タービンとを有
する複合サイクル原動機プラントにおいて、 プラント負荷信号，出力要求信号及び負荷変化時間に基
づいて前記入口案内翼開度の変化率を算出する手段と、
前記算出値に基づいて入口案内翼の開度を制御する手段
とが設けられており、（イ）ガスタービンの許容最大出
力運転に相当する最大開度と、（ロ）ガスタービンが最
小出力運転を維持し得る最小開度との間で作動するよう
に構成されていることを特徴とする複合サイクル原動機
プラント。 - 【請求項４】前記の入口案内翼開度変化率算出手段は、
ガスタービン排ガス成分中のNOx値を、その要求値に適
応せしめるように、入口案内翼開度変化率を算出するも
のであることを特徴とする特許請求の範囲第３項に記載
の複合サイクル原動機プラント。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60010769A JPH0713472B2 (ja) | 1985-01-25 | 1985-01-25 | タービンの運転制御方法、および複合サイクル原動機プラント |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60010769A JPH0713472B2 (ja) | 1985-01-25 | 1985-01-25 | タービンの運転制御方法、および複合サイクル原動機プラント |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61171834A JPS61171834A (ja) | 1986-08-02 |
| JPH0713472B2 true JPH0713472B2 (ja) | 1995-02-15 |
Family
ID=11759536
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60010769A Expired - Lifetime JPH0713472B2 (ja) | 1985-01-25 | 1985-01-25 | タービンの運転制御方法、および複合サイクル原動機プラント |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0713472B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2680033B2 (ja) * | 1988-05-11 | 1997-11-19 | 株式会社日立製作所 | コンバインドプラントの運転方法及び装置 |
| EP0579061A1 (de) * | 1992-07-15 | 1994-01-19 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zum Betreiben einer Gas- und Dampfturbinenanlage sowie danach arbeitende GuD-Anlage |
| ITMI20021231A1 (it) * | 2002-06-06 | 2003-12-09 | Nuovo Pignone Spa | Sistema di controllo e regolazione della temperatura di fiamma per turbine a gas monoalbero |
| JP4796015B2 (ja) * | 2007-07-10 | 2011-10-19 | 三菱重工業株式会社 | ガスタービンの運転制御装置および運転制御方法 |
| US8567175B2 (en) * | 2011-08-22 | 2013-10-29 | General Electric Company | Emissions prediction system for power generation system |
| US10006315B2 (en) * | 2014-03-28 | 2018-06-26 | General Electric Company | System and method for improved control of a combined cycle power plant |
| JP6375585B2 (ja) | 2014-03-31 | 2018-08-22 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | コンバインドサイクルプラント、その制御方法、及びその制御装置 |
| JP7173897B2 (ja) * | 2019-02-28 | 2022-11-16 | 三菱重工業株式会社 | ガスタービンの運転方法およびガスタービン |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5584821A (en) * | 1978-12-20 | 1980-06-26 | Hitachi Ltd | Apparatus for controlling inlet guide vane of gas turbine |
| JPS55121931U (ja) * | 1979-02-22 | 1980-08-29 | ||
| JPS58124010A (ja) * | 1982-01-19 | 1983-07-23 | Toshiba Corp | ガスタ−ビン制御装置 |
-
1985
- 1985-01-25 JP JP60010769A patent/JPH0713472B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61171834A (ja) | 1986-08-02 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |