JPH073164B2 - 蒸気タ−ビン用加熱器の加熱蒸気圧力制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は蒸気タービンの加熱器に係り、特に、起動、停
止、及び、日負荷変化幅の大きい蒸気タービンに使用す
るに好適な蒸気タービン用加熱器の加熱蒸気圧力装置に
関する。

〔従来の技術〕

蒸気タービン用加熱器の加熱蒸気流量を制御する方法と
して、例えば、特開昭58−106311号公報に示されるよう
に、低圧タービン入口蒸気温度を制御する場合、加熱温
度流量制御弁の出口蒸気圧力を検出器で検出し、この検
出値を第二の関数発生器で温度変換させて流量制御弁の
出口飽和蒸気温度を求める。次に、この飽和蒸気温度を
第二の減算器に出力し、加熱器のターミナルデイフアレ
ンスで差し引くことにより、低圧タービン入口蒸気温度
を求める。次いで、この温度と第一関数発生器からの目
標温度と第一の減算器で減算し、その偏差に従ってPI制
御器を介して流量制御弁の弁開度を制御するものが知ら
れている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、加熱蒸気流量制御弁の出口圧力の検出
値から換算される温度と目標温度を比較し、その偏差に
従つて制御弁の弁開度を調整することにより、低圧ター
ビン入口蒸気温度のきめ細かい制御を可能とするが、急
激な負荷変化を伴う場合、つまり、負荷変化率の大きな
起動、停止等の運転モードや加熱蒸気通気時に対する圧
力制御方法についての配慮がされておらず、負荷パター
ンに応じて、その都度、目標温度の設定を行なう必要が
ある。負荷変化が大きな時や、通気時に低圧タービン入
口温度の変化率が制御値を大巾に超えてしまう可能性が
あるなどの問題があつた。

本発明の目的は、いかなる運転状態からの加熱蒸気通気
に対しても、加熱蒸気温度の変動を小さく押え、加熱器
伝熱管や低圧タービンの起動時の熱衝撃を緩和し、プラ
ント起動時間の短縮を図り得る蒸気タービン用加熱器の
加熱蒸気圧力制御装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的は、加熱器の入口被加熱蒸気温度を検出し、
この検出温度より加熱器の伝熱管メタル温度にマツチン
グした初期設定温度を演算し、この時の初期設定温度を
記憶保持してこの温度に対応する飽和蒸気圧力を加熱蒸
気通気時の設定圧力とする機能をもつ演算器を設け、い
かなる運転状態からの加熱蒸気通気に対しても、通気時
の加熱蒸気温度と伝熱管メタル温度との温度差が小さく
なるように加熱蒸気圧力制御装置の圧力設定値を演算出
力することにより達成される。

〔作用〕

本発明の加熱蒸気圧力制御装置は、任意の負荷状態から
加熱器へ加熱蒸気を通気するための起動器を設け、か
つ、加熱器入口の被加熱蒸気温度を検出し、この検出温
度より加熱器の伝熱管メタル温度にマツチングした初期
設定温度に対応する飽和蒸気圧力を、加熱蒸気通気時の
初期設定圧力とする。それによつて、加熱蒸気通気時の
加熱蒸気温度と加熱器伝熱管メタル温度との温度差を小
さくすることができる。

さらに本発明の加熱蒸気圧力制御装置は、起動時には負
荷に応じた加熱蒸気圧力設定値とこの設定値に対する飽
和温度の変化率（温度上昇割合）が制限値を超えないよ
うに制御された温度設定値に対する飽和蒸気圧力設定値
とを比較し、圧力設定値の小さい方を制御装置の圧力設
定値として選択するので加熱蒸気圧力に対する飽和温度
にほぼ比例して上昇する低圧タービン入口蒸気温度、つ
まり、加熱器出口の被加熱蒸気温度を負荷の上昇割合が
大きくなつたとしても制御値以下に抑える機能をもつて
いるので、加熱蒸気通気時から負荷上昇に移行する場合
も、加熱蒸気圧力、つまり、加熱蒸気温度の変動を小さ
く抑えることができる。また、加熱器入口の被加熱蒸気
温度が高い場合には、タービン起動時加熱器出口被加熱
蒸気温度上昇率を一定とした時、起動時間を短縮するこ
とができ、プラントのホツトスタートやベリーホツトス
タートなどに有効となる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図及び第２図により説明
する。第１図に示すように、本発明の対象となる加熱器
系統は、蒸気を発生する蒸気発生器1,蒸気の持つ熱エネ
ルギをロータの回転エネルギに変換する高圧タービン３
へ流入する蒸気量を加減し、タービンの速度，出力及び
入口蒸気圧力等を制御する蒸気加減弁2,高圧タービン３
の排気蒸気をタービン入口蒸気の一部を用いて再加熱す
る加熱器4,再加熱された蒸気の持つ熱エネルギをロータ
の回転エネルギに変換する低圧タービン5,低圧タービン
５の排気蒸気を冷却する復水器6,この復水器から送られ
る復水を昇温し、蒸気発生器１へ給水する給水加熱器7,
加熱器４への加熱蒸気の流量を制御する加熱蒸気制御弁
8,加熱器４で凝縮したドレンを回収するドレンタンク1
0,ドレンタンク10のドレンを給水加熱器７へ排出するド
レン弁11及び同上ドレンを復水器６へ排出するドレン弁
12,タービンの運転モードを選択する運転モード選択器
9,タービン速度とタービン入口蒸気圧力を検出し、ター
ビンの出力を制御する出力制御装置13,出力制御装置13
よりの出力要求信号17により蒸気加減弁２を制御する蒸
気加減弁制御装置14,加熱蒸気量制御弁８の後圧を検出
する加熱蒸気圧力検出器16,加熱器４の入口部の被加熱
蒸気温度を検出する温度検出器20,この温度検出器20よ
りの温度検出信号21と出力制御装置13よりの出力要求信
号17と加熱蒸気圧力検出器16よりの圧力検出信号19及び
運転モード選択器９よりの運転モード信号18とを入力信
号として加熱蒸気量制御弁８を開閉制御する加熱蒸気圧
力制御装置15より構成される。

蒸気発生器１で発生した蒸気は、蒸気加減弁２で流量制
御さされた後、高圧タービン３に流入する。高圧タービ
ン３で仕事をした蒸気は、加熱器４の伝熱管外を流れる
被加熱蒸気となり、この加熱器４の伝熱管内を流れる加
熱蒸気により再加熱され低圧タービン５へ導かれる。一
方、蒸気発生器１の出口蒸気の一部を加熱蒸気量制御弁
８で流量制御され加熱器４へ導かれる加熱蒸気は、被加
熱蒸気と熱交換しながら加熱器４の伝熱管内を気液二相
流となつて流動し、加熱器出口に設けられたドレンタン
ク10へ流出する。ドレンタンク内のドレンは、ドレン弁
11,若しくは、ドレン弁12を通って給水加熱器7,また
は、復水器６へ排出される。低圧タービン５で仕事をし
た蒸気は復水器６へ導かれて復水となる。さらにこの復
水は給水加熱器７で加熱され蒸気発生器１へ供給され
る。

本タービンの出力は、運転モード選択器９よりの信号18
を入力信号として運転モードに適合したタービン出力を
制御する出力制御装置13で制御される。出力制御装置13
は高圧タービン入口蒸気圧力及びタービン速度を検出
し、高圧タービン入口に設置された蒸気蒸気加減弁２の
開度を調節して流入蒸気量を制御することによりタービ
ン出力（負荷）を制御している。また、低圧タービンの
入口蒸気温度は、前記加熱器４の伝熱管内を流れる加熱
蒸気流量を制御することにより制御され、伝熱管内を流
れる蒸気が凝縮二相流となつて流動するため伝熱管内蒸
気圧力、つまり、加熱蒸気圧力に対する飽和蒸気温度に
ほぼ比例する特性をもつ。この加熱蒸気流量の制御は本
発明の加熱蒸気圧力制御装置15によつて加熱蒸気制御弁
８を開閉制御することにより行なわれる。

第２図に示すように、本発明の加熱蒸気圧力制御装置15
は、出力制御装置13よりの出力要求信号17を入力し任意
の負荷状態から加熱器４へ加熱蒸気を通気するための負
荷設定信号31と初期設定温度信号45を最適化するための
起動信号47を出力する起動信号発信器48と、起動器30よ
りの負荷設定信号31を入力し加熱器４の加熱蒸気圧力と
して常時に必要な圧力である要求設定圧力信号23を演算
出力する設定圧力演算器22と、飽和蒸気温度信号25を入
力し、この入力温度に対する飽和蒸気圧力信号24を演算
出力する飽和蒸気圧力演算器26と、要求設定圧力信号23
と飽和蒸気圧力信号24とを比較し、圧力の大小を示す圧
力比較信号27を出力する比較器29と、圧力比較信号27と
運転モード選択器９よりの信号18とを入力し運転モード
に対し最適な設定圧力信号が作製伝達されるための設定
圧力切替信号28を出力する圧力比較信号変換器40と、運
転モード選択器９よりの信号18と最適圧力比較信号28と
を入力し要求設定圧力信号23に対する飽和温度の変化率
を運転条件に応じて制限値以下に抑える温度変化率信号
41を演算出力する温度変化率制限器32と、温度変化率信
号41を入力し、運転条件に応じた変化率を持つ飽和蒸気
温度を算出する積分器33と、積分器33よりの信号42と起
動器30よりの初期設定温度信号45とを加算して要求設定
圧力信号23に対応する飽和蒸気温度を算出する加算器43
と、設定圧力切替信号28により要求設定圧力信号23から
飽和蒸気圧力信号24かいずれかの信号を本圧力制御装置
の圧力設定信号34として出力する設定圧力信号切替器35
と、圧力設定信号34と圧力検出器16からの信号19との偏
差信号36を演算する減産器37と、偏差信号36に基づいて
設定圧力に加熱器４の加熱蒸気圧力が制御されるように
制御弁８に弁開度信号39を伝達する比例積分演算器38
と、温度検出器20からの信号21と起動器30からの起動信
号47を入力し、初期設定温度信号45を演算出力する初期
設定温度演算器55とで構成される。

起動器30は、出力要求信号17と加熱蒸気通気負荷設定器
45からの信号46を入力し加熱蒸気を通気するための起動
信号47を発振する起動信号発振器48と、起動信号47によ
り停止負荷設定器49からの信号か出力要求信号17かいず
れかの信号を設定圧力演算器22へ出力する負荷信号切替
器51とにより構成されている。

圧力比較信号変換器40は、運転モード選択器９よりの信
号18を入力し圧力比較信号27からの信号を運転に応じて
反転させるために論理演算器61,62,63,64,65を図に示す
ように組み合わせてある。また、温度変化率制御器32
は、運転条件に最適な変化率制限値を選択出力する温度
変化率制限値選択器70と、選択器70からの信号と圧力比
較信号変換器40からの信号を入力し運転条件に最適な温
度変化率を演算出力する変化率係数発振器78及び掛算器
79とにより構成されている。

初期設定温度演算器55は、温度検出器20からの信号21を
起動信号発振器48からの信号47によつて選択出力する切
替スイツチ56と、温度検出信号21を起動信号がＸ＝０の
場合に限り保持するためのＴ次遅れ演算器57と、切替ス
イツチ56からの信号か停止温度設定器58からの信号かい
ずれかの信号を起動信号47よりの信号により選択出力す
る切替スイツチ59とにより構成されている。

さらに、本圧力制御装置15は積分器33の出力信号42を起
動信号47に基づいて零レベルにリセツトするリセツト器
53と、積分器33の出力信号42を要求設定圧力信号23と飽
和蒸気圧力信号24とがほぼ一致した時保持するホールド
器54及び信号切替器52とが設けられている。

このように構成された加熱蒸気圧力制御装置15を用いる
と、起動器30の加熱蒸気通気負荷設定器45により任意の
負荷状態から加熱器へ加熱蒸気を通気することができ、
しかも、初期設定温度演算器55により加熱器入口の被加
熱蒸気温度を加熱器通気時の初期設温度とし、この温度
に対応する飽和蒸気圧力を加熱蒸気通気時の設定圧力と
するので、加熱器の伝熱管メタル温度と通気時の加熱蒸
気温度との温度差を小さくするような運転ができる。ま
た、各メタル温度が高い場合、つまり、タービンホツト
スタートなどの場合は、初期設定温度を高くすることに
より、同じ温度変化率制限値で負荷上昇する時、起動時
間を短縮することもできる。

また、本制御装置15を用いると、プラント起動時、つま
り、加熱蒸気圧力上昇時には、設定圧力演算器22により
演算される要求設定信号23,すなわち、常時に必要な部
分負荷に対する加熱蒸気圧力設定値と、運転条件に応じ
て温度変化率制限器32により最適に演算された温度変化
率信号に基づき積分器33,加算器43及び飽和蒸気圧力演
算器26により演算される飽和蒸気圧力信号24すなわち、
加熱蒸気圧力設定値に対する飽和温度の温度変化率（温
度上昇割合）が制限値を超えないように制御された飽和
温度に基づいて演算される飽和蒸気圧力設定値とを比較
器29に入力し、圧力設定値の小さい方を設定圧力切替器
35により選択し本制御装置の圧力設定値とすることがで
き、低圧タービン５の入口蒸気温度の上昇率を負荷上昇
割合が大きくなつたとしても制限値以下に抑えることが
できる。

これに対し、プラント停止時には、圧力比較信号変換器
40によりプラント起動時とは逆の信号を設定圧力信号切
替器35及び温度変化率制限器32に入力することにより負
荷に応じた加熱蒸気圧力設定値と、この圧力設定値に対
応する飽和蒸気の温度変化率（温度降下割合）が制限値
を超えないように制御された飽和温度に基づいて演算さ
れる飽和蒸気圧力設定値とを比較器29に入力し、圧力設
定値の大きい方を設定圧力切替器35により選択し、本制
御装置の圧力設定値とすることができ、低圧タービン５
の入口蒸気温度、つまり、加熱器４の出口被加熱蒸気温
度を負荷の降下割合が大きくなつたとしても制限値以下
に抑えることができる。

また、温度変化率制限器32は前述したように、プラント
運転条件に最適な変化率制限値を設定、選択する温度変
化率制限値請託器70が設けられているから、運転モード
選択器９よりの信号18によつて、負荷上昇時は選択器70
からの信号はａの値を、負荷降下時は−ｂの値をそれぞ
れ掛算器79に出力するのでこれら設定値を予め運転モー
ドに応じ最適化することにより、プラント運転条件に最
適な温度変化率を自動演算することができ、プラントの
信頼性をさらに高めることができる。

第２図に示した温度検出器20からの温度検出信号21の代
わりに、第３図に示すように、出力要求信号17を入力し
て負荷に応じた加熱器入口被加熱蒸気温度を算出する蒸
気温度関数演算器75からの出力信号76を入力しても、初
期設定温度45を温度適値に演算することができ、負荷に
対して加熱器入口被加熱蒸気温度が一義的に決まるプラ
ントに対しては温度検出器などの設定を省略でき機器構
成が簡単になるなどの利点がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、加熱器の伝熱管メタル温度と加熱器通
気時の加熱蒸気温度との温度差を小さくするような運転
ができ、しかも、タービンホツトスタートなどの場合
は、起動時間を短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の蒸気タービン用加熱器の
系統図、第２図は本発明の加熱蒸気圧力制御装置のブロ
ック線図、第３図は本発明の他の制御装置のブロック線
図を示す。 １……蒸気発生器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 池田 啓 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (56)参考文献 特公 平２−29923（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】蒸気発生装置で発生した蒸気を駆動源とす
   る高圧蒸気タービンと、 前記蒸気発生装置で発生した蒸気を制御弁を介してバイ
   パス管によって供給し、前記高圧蒸気タービンの排気を
   前記バイパス管によって供給された蒸気を用いて加熱す
   る加熱器と、 前記加熱器で加熱された前記高圧蒸気タービンの排気を
   駆動源とする低圧蒸気タービンとを有し、 前記バイパス管に供給された蒸気の圧力を調整する蒸気
   タービン用加熱器の加熱蒸気圧力制御装置において、 前記加熱器に導かれた高圧蒸気タービンの排気の温度を
   検出する温度検出器と、前記バイパス管に供給された飽
   和蒸気の圧力を検出する圧力検出器と、前記温度検出器
   で検出された排気温度に対応する飽和蒸気圧力を求める
   演算器とを有し、 前記蒸気タービンの起動及び停止時に、前記演算器によ
   って求められた飽和蒸気圧力を、前記バイパス管に供給
   される飽和蒸気の圧力とするように前記制御弁を制御す
   ることを特徴とする蒸気タービン用加熱器の加熱蒸気圧
   力制御装置。