JPH0733890B2 - 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制御装置
に関するものである。

〔従来技術〕

蒸気タービン用加熱器の加熱蒸気流量を制御する最新の
技術として、特開昭58−106311号公報に記載の発明が公
知である。この発明は、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で求める。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
の偏差に従つてPI制御器を介して流量制御弁の弁開度を
制御する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術においては、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とを比較し、
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、低圧タービン入口温度の変化率が制
限値を大幅に越えてしまう虞れがあるなどの問題があつ
た。

本発明の目的は、負荷変化率の大きな起動，停止等の運
転モードであつても、加熱器伝熱管メタル温度及び低圧
タービン入口温度の温度変化率を制限値以下に抑えて加
熱器及び低圧タービンの過大な熱応力を防止すると共
に、加熱蒸気通気時の伝熱管熱衝撃を緩和し、しかもプ
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にある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、蒸気源と、該蒸気源から供給される主蒸気
によって駆動される高圧タービンと、該高圧タービンに
供給される主蒸気流量を調整する主蒸気加減弁と、前記
蒸気源から供給される主蒸気の一部を加熱蒸気として取
り出し前記高圧タービンの排気蒸気を加熱する加熱器
と、該加熱器にて加熱された前記高圧タービンの排気蒸
気にて駆動される低圧タービンと、前記加熱蒸気の流量
を調整する加熱蒸気制御弁と、前記主蒸気加減弁の開度
を出力要求信号にて調節しタービン出力を制御する出力
制御装置と、前記加熱蒸気制御弁の開度を調節して加熱
蒸気流量を加減する加熱蒸気圧力制御装置と、プラント
の運転モードを選択する運転モード選択器を備える蒸気
原動機プラントの加熱蒸気圧力制御装置において、前記
加熱蒸気の要求設定圧力を前記出力制御装置の出力要求
信号から求める設定圧力演算手段と、該設定圧力演算手
段の出力する前記要求設定圧力と下記構成の飽和蒸気圧
力演算手段から出力される飽和蒸気圧力との比較を行っ
て小さい方の圧力を選択し、選択した圧力を前記加熱蒸
気の圧力検出値から減算した値にて前記加熱蒸気制御弁
を制御する手段と、 次の構成a,b,c,d,eで成る飽和蒸気圧力演算手段と、 a.プラント運転モード対応に設定される飽和蒸気温度変
化率を前記運転モード選択手段の選択したモードにて選
択する温度変化率選択手段、 b.前記要求設定圧力と前記飽和蒸気圧力の大小関係対応
に設定される変化率係数を前記の比較の結果により選択
する手段、 c.該手段にて選択した変化率係数を前記温度変化率選択
手段の選択した飽和蒸気温度変化率に乗算し乗算結果を
積分する手段、 d.該手段による積分結果に、前記加熱器あるいは低圧タ
ービンのメタル温度の初期設定値を加算する手段、 e.該手段の加算結果である飽和蒸気温度から前記飽和蒸
気圧力を求める手段 を設けることで、達成される。

［作用］ 運転モードが例えば起動モードのとき、手段ａにて起動
モード対応の飽和蒸気温度変化率（温度の上昇割合）が
選択される。また、手段ｂから所要の変化率係数が選択
される。手段ｃはこの変化率係数を上記飽和上記温度変
化率に乗算した値を積分することで、飽和蒸気温度を求
める。手段ｄはこれにメタル温度を加算し、加算結果の
飽和蒸気温度に対応する飽和蒸気圧力が手段ｅにて求め
られる。この飽和蒸気圧力と、要求設定圧力のうち小さ
い方が選択され、小さい方の圧力に応じて加熱蒸気制御
弁が制御される。

起動モードの場合には、起動モードにおける飽和蒸気温
度変化率で制限された値に基づいて飽和蒸気圧力が求め
られるので、この圧力が選択され該圧力に応じて加熱蒸
気制御弁が制御されると、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が、負荷の上昇割合の
大きい場合においても、制限値以下に抑制される。

停止モードの場合には、停止モードにおける飽和蒸気温
度変化率（温度の下降割合）で制限された値に基づいて
飽和蒸気圧力が求められるので、低圧タービン入口蒸気
温度の急激な低下が抑制される。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図乃至第４図により説明
する。本発明の対象となる加熱器系統は、第２図に示す
如く、蒸気を発生する蒸気発生器１、蒸気の持つ熱エネ
ルギーをロータの回転エネルギー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、前記高圧タ
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
ギーをロータの回転エネルギーに変換する低圧タービン
５、前記低圧タービン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前記蒸気発生
器１へ給水する給水加熱器７、前記加熱器４への加熱蒸
気の流量を制御する加熱蒸気制御弁８、前記加熱器４に
て凝縮したドレンを回収するドレンタンク10、前記ドレ
ンタンク10のドレンを前記給水加熱器７へ排出するドレ
ン弁11及び同上ドレンを前記復水器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、前記出力制御
装置13よりの出力要求信号17により前記蒸気加減弁２を
制御する蒸気加減弁制御装置14、前記加熱蒸気量制御弁
８の後圧を検出する加熱蒸気圧力検出器16、前記出力制
御装置13よりの出力要求信号17と前記加熱蒸気圧力検出
器16よりの圧力検出信号19、及び前記運転モード選択器
９よりの運転モード信号18とを入力信号として前記加熱
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
によつて構成されている。

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の出口蒸気の一部は前記加熱蒸気量制御弁
８にて流量制御され前記加熱器４へ導かれる。この加熱
蒸気は、前記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を通つて給水
加熱器７、または、復水器６まへ排出される。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にて加熱され蒸気発
生器１へ供給される。

本タービンの出力は、前記運転モード選択器９からの信
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にて制御される。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る。上記の伝熱管
内を流れる加熱蒸気は凝縮２相流となつて流動するた
め、前記低圧タービン入口蒸気温度は、伝熱管内蒸気圧
力に比例する（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有する。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によつて前記加
熱蒸気制御弁８を開閉制御することにより行われる。

第１図は本発明の加熱蒸気圧力制御装置15の１実施例を
示すブロツク線図である。この制御装置15は、前記出力
制御装置13からの出力要求信号17を入力し任意の負荷状
態から前記加熱器４へ加熱蒸気を通気するための負荷設
定信号21と初期設定温度信号30とを出力する起動器20
と、該起動器20からの負荷設定信号21を入力して前記加
熱器４の加熱蒸気圧力として定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、前記要求設定圧力信号23と前記飽和蒸気圧力信号
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、前記圧力比較信号27と前記運転モード選
択器９からの信号18とを入力し運転モードに対し最適な
設定圧力信号が作成伝達されるための最適圧力比較信号
41と設定圧力切替信号28とを出力する圧力比較信号変換
器40と、前記運転モード選択器９からの信号18と前記最
適圧力比較信号41とを入力し前記要求設定圧力信号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31を演算出力する温度変化率制
限器32と、該温度変化率信号31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、該
積分器33よりの信号42と前記起動器20よりの初期切定温
度信号30とを加算して前記要求設定圧力信号23に対応す
る飽和蒸気温度を算出する加算器43と、前記設定圧力切
替信号28により前記要求設定圧力信号23か前記飽和蒸気
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、該圧
力設定信号34と前記圧力検出器16からの信号19との偏差
信号36を演算する減算器37と、該偏差信号36に基づいて
設定圧力に前記加熱器４の加熱蒸気圧力が制御されるよ
うに前記制御弁８に弁開度信号39を伝達する比例積分演
算器38とにより構成される。

第３図は前記の起動器20の構成を示すブロツク線図であ
る。この起動器20は、前記出力要求信号17と制御装置起
動設定器45からの信号46とを入力し制御装置起動信号47
を発振する起動信号発振器48と、該起動信号47により停
止負荷設定器49からの信号50か前記出力要求信号17かい
ずれかの信号を前記設定圧力演算器22へ出力する負荷信
号切替器51と、該起動信号47により停止温度設定器53か
らの信号54か前記加熱器４の伝熱管メタル若しくは低圧
タービンのメタル温度にマツチングした初期設定温度を
発振する初期温度設定器55からの信号56かいずれかの信
号を前記加算器43へ出力する初期温度切替器57とにより
構成されている。

第４図は、前記圧力比較信号変換器40（第２図）および
温度変化率制限器32（第２図）の構成を示すブロツク線
図である。上記圧力比較信号変換器40は、前記圧力比較
信号27の符号を反転させる符号反転器60と、前記運転モ
ード選択器９よりの信号18を入力し前記圧力比較信号27
か前記符号反転器60からの信号61かいずれかの信号を出
力する比較信号切替器62への切替信号63を出力する運転
モード切替信号発振器64と、前記比較信号切替器62から
の信号41を入力し本圧力制御装置の設定圧力として最適
な値を運転モードによつて選択するための切替信号28を
出力する設定圧力切替信号発振器65とにより構成されて
いる。

また、前記温度変化率制限器32は、第４図に示す如く、
（イ）前記運転モード選択器９からの信号18を入力しプ
ラント起動時の温度変化率（上昇率）制限値を設定する
設定器71からの信号72か、プラント停止時の温度変化率
（降下率）制限値を設定する設定器73からの信号74か、
あるいは通常運転中の温度変化率制限値を設定する設定
器75からの信号76かの中から、運転条件に最適な制限値
を選択出力する温度変化率制限値選択器70と、（ロ）前
記最適圧力比較信号41と前記温度変化率制限値選択器70
からの信号77とを入力し運転モードに最適な前記温度変
化率信号31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。

このように構成された加熱蒸気圧力制御装置15（第１図
及び第２図）を用いると、プラント起動時、つまり、加
熱蒸気圧力昇圧時には、前記設定圧力演算器22により演
算される前記要求設定圧力信号23、すなち、定常時に必
要な部分負荷に対する加熱蒸気圧力設定値と、運転条件
に応じて前記温度変化率制限器32により最適に演算され
た温度変化率信号に基づき前記積分器33,前記加算器43
及び前記飽和蒸気圧力演算器24により演算される前記飽
和蒸気圧力信号25、すなわち、該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
定値の小さい方を前記設定圧力切替器35により選択し本
制御装置の圧力設定値とすることが可能となり、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。

また、プラント停止時には、前記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前記設定圧力信号
切替器35及び前記温度変化率制限器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前記設定圧力切替器35により選択
して本制御装置の圧力設定値とすることが可能となり、
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、本制御装置の温度変化率制限器32は前述した如
く、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選択器70が設けられているか
ら、前記運転モード選択器９よりの信号18によつて、負
荷上昇時は前記設定器71によりａの値を、負荷降下時は
前記設定器73によりｃの値を、また、通常運転時又は負
荷しや断や高速ランバツクなどの異常運転時は前記設定
器75によりｂの値をそれぞれ前記掛算器79に出力するの
で、これら設定器の値を予め運転モードに応じて最適化
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可能となり、プラントの信頼性を
さらに高めることができる。

さらに、本発明の圧力制御装置15は、前記初期温度設定
器55により前記加熱器４の伝熱管メタル温度若しくは低
圧タービンのメタル温度にマツチングした初期温度を加
熱蒸気初期通気時の初期飽和温度とし、これに対応した
飽和圧力を前記飽和蒸気圧力演算器26により演算し、本
制御装置の初期設定圧力とすることが可能となり、加熱
蒸気通気時の熱衝撃を緩和することができる。しかも各
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起
動時間を短縮することができる（詳しくは、温度変化率
制限値が同じであつて負荷を上昇せしめる際、初期設定
温度を高くすることによつて起動所要時間を短縮するこ
とができる）。

〔発明の効果〕

本発明によれば、加熱器および低圧タービンの過大な熱
応力の発生が防止され、加熱蒸気通気時の熱衝撃が緩和
され、発電プラントの信頼性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例における加熱蒸気圧力制御装
置のブロツク線図、第２図は本実施例の適用対象である
蒸気タービン用加熱器の系統図である。第３図は前記実
施例の加熱蒸気圧力制御装置の起動器を示すブロツク線
図、第４図は前記実施例の加熱蒸気圧力制御装置の圧力
比較信号変換器と温度変化率制限器を示すブロツク線図
である。 １……蒸気発生器、３……高圧タービン、４……加熱
器、５……低圧タービン、８……加熱蒸気制御弁、９…
…運転モード選択器、13……タービン出力制御装置、15
……加熱蒸気圧力制御装置、16……圧力検出器、20……
起動器、22……設定圧力演算器、32……温度変化率制限
器、33……積分器、35……設定圧力信号切替器、38……
比例積分演算器、40……圧力比較信号変換器。

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 特開 昭61−184306（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】蒸気源と、該蒸気源から供給される主蒸気
   によって駆動される高圧タービンと、該高圧タービンに
   供給される主蒸気流量を調整する主蒸気加減弁と、前記
   蒸気源から供給される主蒸気の一部を加熱蒸気として取
   り出し前記高圧タービンの排気蒸気を加熱する加熱器
   と、該加熱器にて加熱された前記高圧タービンの排気蒸
   気にて駆動される低圧タービンと、前記加熱蒸気の流量
   を調整する加熱蒸気制御弁と、前記主蒸気加減弁の開度
   を出力要求信号にて調節しタービン出力を制御する出力
   制御装置と、前記加熱蒸気制御弁の開度を調節して加熱
   蒸気流量を加減する加熱蒸気圧力制御装置と、プラント
   の運転モードを選択する運転モード選択器を備える蒸気
   原動機プラントの加熱蒸気圧力制御装置において、 前記加熱蒸気の要求設定圧力を前記出力制御装置の出力
   要求信号から求める設定圧力演算手段と、 該設定圧力演算手段の出力する前記要求設定圧力と下記
   構成の飽和蒸気圧力演算手段から出力される飽和蒸気圧
   力との比較を行って小さい方の圧力を選択し、選択した
   圧力を前記加熱蒸気の圧力検出値から減算した値にて前
   記加熱蒸気制御弁を制御する手段と、 次の構成a,b,c,d,eで成る飽和蒸気圧力演算手段と、 a.プラント運転モード対応に設定される飽和蒸気温度変
   化率を前記運転モード選択手段の選択したモードにて選
   択する温度変化率選択手段、 b.前記要求設定圧力と前記飽和蒸気圧力の大小関係対応
   に設定される変化率係数を前記の比較の結果により選択
   する手段、 c.該手段にて選択した変化率係数を前記温度変化率選択
   手段の選択した飽和蒸気温度変化率に乗算し乗算結果を
   積分する手段、 d.該手段による積分結果に、前記加熱器あるいは低圧タ
   ービンのメタル温度の初期設定値を加算する手段、 e.該手段の加算結果である飽和蒸気温度から前記飽和蒸
   気圧力を求める手段 を備えて成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。